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Una delle sfide strategiche di maggior rilievo per le moderne tecnologie abilitanti è la realizzazione di nanosistemi multifunzionali per:

a) la produzione sostenibile di idrogeno, un vettore di energia pulita e rinnovabile, a partire da materie prime poco costose e facilmente reperibili;

b) la protezione dell’ambiente e la salute (rivelazione/decomposizione di inquinanti);

c) la fabbricazione di dispositivi foto-attivati con proprietà autopulenti ed anti-appannamento.

In tale contesto, l’ossido di ferro (Fe2O3) rappresenta un materiale estremamente attraente per lo sviluppo di una “chimica verde”. D’altro canto, conditio sine qua non per l’ottenimento di prestazioni competitive è la possibilità di controllarne accuratamente nanostruttura e composizione di fase. A tal riguardo, sono stati sviluppati processi di fabbricazione basati sulla deposizione chimica da fase vapore (CVD), che coprono tutta la catena di produzione dalle molecole ai dispositivi funzionali. Il punto di partenza è la sintesi e l’impiego di un nuovo precursore di Fe2O3 (Fig. 1), che, dopo brevettazione, è stato commercializzato con l’azienda STREM®, una dei leader mondiali nel settore dei fine chemicals.

Le potenzialità di tale composto sono state investigate sia in processi CVD termici che plasma-assistiti, di grande interesse per l’uso anche di substrati termicamente sensibili. Oltre all’ematite (a-Fe2O3), conosciuta come ruggine, sono state sintetizzate anche fasi meno note come b- ed e-Fe2O3, che, nell’ambito della fotogenerazione di H2 (Fig. 2), si sono dimostrate efficaci alternative ad altri materiali attivi, più costosi e con più marcato impatto ambientale.

Oltre ai materiali a base del solo Fe2O3, una strategia di successo per l’ottenimento di migliorate funzionalità nei settori suddetti è la fabbricazione di nanocompositi contenenti metalli (Ag, Au,…) o altri ossidi (CuO, TiO2, …). L’introduzione di nanoparticelle metalliche in sistemi a base di Fe2O3 ha permesso la realizzazione di efficienti sensori di gas per la rivelazione di specie infiammabili/tossiche anche a basse temperature. Ulteriore esempio di successo sono stati i nanocompositi a base di Fe2O3-TiO2, per la fabbricazione di superfici autopulenti e anti-appannamento (Fig. 2). Tali sistemi, previa attivazione con la luce solare, possono promuovere la rimozione di eventuale condensa e la degradazione di inquinanti solidi, consentendo una migliorata visibilità ed una facile pulizia. I test condotti hanno dimostrato migliori prestazioni rispetto a materiali già presenti in commercio, come il Pilkington Glass®, aprendo il campo ad interessanti applicazioni industriali.

- A. Gasparotto, G. Carraro, D. Barreca, C. Maccato, E. Tondello, Brevetto italiano D2011A000285 e PCT PCT/IT2012/000276.

- D. Barreca, G. Carraro, V. Gombac, A. Gasparotto, C. Maccato, P. Fornasiero, E. Tondello, Adv. Funct. Mater., 2011, 21, 2611.

- D. Barreca, G. Carraro, A. Gasparotto, C. Maccato, C. Sada, A. P. Singh, S. Mathur, A. Mettenbörger, E. Bontempi, L. E. Depero, Int. J. Hydrogen Energy, 2013, 38, 14189.

- D. Barreca, G. Carraro, A. Gasparotto, C. Maccato, F. Rossi, G. Salviati, M. Tallarida, C. Das, F. Fresno, D. Korte, U. Lavrenčič Štangar, M. Franko, D. Schmeisser, ACS Appl. Mater. Interf., 2013, 5, 7130.

- G. Carraro, C. Maccato, A. Gasparotto, T. Montini, S. Turner, O. I. Lebedev, V. Gombac, G. Adami, G. Van Tendeloo, D. Barreca, P. Fornasiero, Adv. Funct. Mater., 2014, 24, 372.

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Figura 1. Partendo da un nuovo precursore molecolare è stato possibile sintetizzare via CVD e testare in diversi ambiti applicativi varie forme cristalline dell’ossido di ferro (a-, b-, e-Fe2O3), ottenute non solo come film sottili, ma anche in forma di nanostrutture con morfologia e dimensionalità controllata.

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Figura 2. Nanomateriali a baFigura 2. Nanomateriali a base di Fe2O3 utilizzati per la fotoproduzione di idrogeno tramite l’utilizzo dell’energia solare (www.solarogenix.eu). I nanocompositi a base di Fe2O3-TiOsi sono rivelati particolarmente efficaci nello sviluppo di superfici autopulenti.

 

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