STUDIO SUL MECCANISMO DI FORMAZIONE DI NUOVI CATALIZZATORI UTILIZZABILI IN PROCESSI ECOSOSTENIBILI

The greenhouse effect is a phenomenon that occurs when some of the infrared radiations from the sun are absorbed by the greenhouse gases and heat is consequently trapped in the atmosphere. This is currently causing the rise in the average temperature of Earth’s air and oceans with direct effects on human health. Carbon dioxide is one of the greenhouse gases involved in the greenhouse effect and its increasing levels due to human activities are the main cause of global warming. CO2 is a stable molecule, and it is the product of aerobic metabolism and some combustion processes; besides reducing its emission, another strategy to reduce its amount in atmosphere is its conversion into different chemicals such as CO, HCOOH, C2H5OH, CH4 and many more. To have an efficient and selective CO2 reduction reaction, many catalysts have been investigated and the copper-based ones have shown great performance and many advantages in terms of availability and economical value compared to many other noble and non-noble metal-based catalysts. A strategy to improve the efficiency of copper-based catalysts has been to alloy them with another metal so we put our attention on tin. The present research project focuses on the synthesis and characterization of Cu, Sn and CuSn nanoparticles, prepared via Urea Glass Route which is a green, eco-friendly and facile method of synthesis. The goal was to better understand the interactions that occur between the metals and urea that can justify the future catalytic results. Mono and bimetallic systems were characterised using X-ray diffraction (XRD), thermogravimetric analysis (TGA) and Infrared spectroscopy (IR) to investigate which functional groups are involved in the interactions and how the presence of a second metal can affect the formation of the final products. CuSn systems were prepared via three different strategies and from the comparison of the obtained results and according to the demonstrated different interactions between Sn-urea and Cu-urea it is possible to evaluate the best-performing preparation method.

L’effetto serra è un processo naturale che deriva dalla capacità dell’atmosfera di assorbire e trattenere il calore proveniente dai raggi solari. Si tratta del fenomeno che negli ultimi decenni è stato ed è responsabile dell’aumento eccessivo delle temperature sulla superficie terrestre, con conseguenti effetti diretti sulla salute dell’uomo. L’anidride carbonica è uno dei principali gas serra coinvolti in questo fenomeno e i livelli di concentrazione molto alti derivanti dalle elevate emissioni per mano dell’uomo sono la principale causa del cambiamento climatico. Tale gas è prodotto dal metabolismo aerobico e dalla combustione di alcune sostanze ed è chimicamente stabile. Una strategia alternativa alla riduzione delle emissioni è la conversione dell’anidride carbonica in CO e idrocarburi quali C2H5OH e CH4, in HCOOH, e molti altri. Per avere una reazione di riduzione di CO2 che sia efficiente e selettiva, sono stati studiati e testati numerosi catalizzatori di diversa natura. Quelli a base di rame hanno dimostrato una migliore attività catalitica, oltre ad altri vantaggi tra cui reperibilità e basso costo rispetto ad altri catalizzatori sempre di natura metallica, costituiti da metalli nobili e non-nobili. Inoltre, è stato dimostrato come la formazione di leghe con un secondo metallo possa essere una strategia per migliorarne l’efficienza, specialmente in termini di selettività. Il presente progetto di ricerca si focalizza sulla sintesi e sulla caratterizzazione di nanoparticelle di Cu, Sn, e CuSn preparate attraverso un metodo di sintesi eco-sostenibile, economico e molto versatile chiamato Urea Glass Route. L’obbiettivo è stato quello di investigare le interazioni stabilitesi tra l’urea e i sali dei metalli per poter poi razionalizzare i futuri esiti della catalisi. Sistemi mono e bimetallici sono stati caratterizzati utilizzando tecniche quali Diffrazione a Raggi X (XRD), Analisi Termogravimetrica (TGA), Spettroscopia Infrarossa (IR) e Microscopia elettronica a trasmissione (TEM) per poter chiarire quali fossero i gruppi funzionali coinvolti in tali interazioni e come la presenza di un secondo metallo ne influenzasse il comportamento e la dinamica. I sistemi bimetallici CuSn sono stati preparati attraverso tre differenti strategie di sintesi e dal confronto tra i risultati ottenuti e sulla base della diversa natura delle interazioni Sn-urea e Cu-urea è possibile fare considerazioni circa il metodo preparativo più promettente in termini di attività.