From ions to nanoparticles

L’essoluzione è una strategia avanzata per la preparazione di catalizzatori, nella quale nanoparticelle metalliche emergono da un ossido ospite in condizioni riducenti, formando siti attivi parzialmente incastonati e saldamente ancorati alla matrice. Rispetto ai metodi tradizionali, come l’impregnazione o la precipitazione, i catalizzatori ottenuti per essoluzione presentano una maggiore resistenza alla sinterizzazione, alla formazione di depositi carboniosi e all’agglomerazione delle particelle metalliche. Queste caratteristiche li rendono particolarmente promettenti per applicazioni nella catalisi eterogenea e nell’elettrocatalisi.

Finora, tuttavia, l’essoluzione è stata studiata prevalentemente in matrici sinterizzate, sebbene la nanoporosità offra chiari vantaggi per le prestazioni dei catalizzatori eterogenei. La transizione energetica richiede inoltre catalizzatori sostenibili e multifunzionali, capaci di adattarsi a processi catalitici complessi. È quindi necessario controllare non soltanto la quantità di metallo che emerge dalla matrice, ma anche la composizione e l’architettura delle nanoparticelle. La natura allo stato solido dell’essoluzione offre un’opportunità unica: il percorso dagli ioni alle nanoparticelle può essere guidato dalla microstruttura dell’ossido ospite e dalle condizioni di riduzione, e invertito attraverso una rigenerazione ossidativa.

Il seminario illustrerà come utilizzare questi parametri per progettare catalizzatori a base di perovskite mediante essoluzione. Inizialmente verrà confrontata l’essoluzione di nanoparticelle di nichel da ossidi perovskitici nanoporosi e sinterizzati, mostrando come la nanoporosità favorisca la riduzione del metallo, influenzi il meccanismo di formazione delle nanoparticelle e permetta di ottenere catalizzatori significativamente più attivi, stabili e rigenerabili per il reforming a secco del biogas.

Particolare attenzione sarà poi dedicata ai catalizzatori bimetallici ferro–nichel capaci di modificare la propria struttura, impiegati nella conversione dell’etano mediata dalla CO₂. In questi sistemi, la temperatura di riduzione determina l’architettura delle nanoparticelle e, di conseguenza, la selettività della reazione. Verrà inoltre discussa la reversibilità di queste trasformazioni attraverso cicli di ossidazione e riduzione.

Speaker:

Simone Mascotto è professore di Chimica inorganica – Materiali ceramici funzionali presso l’Università di Coblenza, in Germania. La sua ricerca si concentra sullo sviluppo di materiali inorganici nanostrutturati per la catalisi e la conversione energetica, con particolare attenzione alla produzione di idrogeno verde e alla valorizzazione della CO₂. Studia le relazioni tra struttura e proprietà dei materiali per progettare catalizzatori più efficienti, stabili e sostenibili.