Esplorando strategie di sintesi “green” per la preparazione di foto-catalizzatori a base di MOF UiO-66 (Ce): applicazioni in processi sostenibili = Exploring "green" synthesis strategies for the preparation of MOF UiO-66 (Ce) based photocatalysts: applications in sustainable processes

I “metal-organic frameworks” (MOF), sono una classe di materiali cristallini porosi con ampie prospettive di applicazione in diversi settori, tra cui quello della catalisi eterogenea e della fotocatalisi. Scegliendo metalli e “linkers” organici differenti, è possibile costruire strutture 2D–3D su misura in modo da ottenere le proprietà più adatte alle diverse applicazioni. Inoltre, anche con tecniche post-sintesi, sono regolabili sia in termine di porosità che di funzionalità chimica, e ciò li rende intrinsecamente idonei in ambito catalitico e fotocatalitico, dove prestazioni elevate sono funzione di parametri cruciali come l'area superficiale, la presenza di specifici siti attivi, l'assorbimento di luce visibile unitamente a distinte proprietà ottiche. Tuttavia, ci sono ancora alcune sfide che la ricerca deve affrontare, come, ad esempio, la mancanza di metodi di sintesi applicabili su scala industriale che siano simultaneamente rispettosi dell’ambiente, rapidi ed economici. A tal fine, è stato selezionato un sistema promettente per reazioni di fotocatalisi in luce visibile, il MOF UiO-66-NH2 (Ce), che, grazie ad una marcata capacità di assorbimento nella regione del visibile amplifica l'efficacia della fotocatalisi sotto irradiazione solare. Confrontato con altri tipi di MOF, come ad esempio il MIL 125(Ti) NH2, ha una maggiore stabilità strutturale e minor tendenza alla fotocorrosione. Il MOF-UiO-66 (Ce) è costituito da cluster [Ce6O4(OH)4]12+ connessi da dodici ioni tereftalato (BDC2-) in una struttura cubica compatta; l’introduzione del gruppo amminico comporta una riduzione del band gap, consentendo l’assorbimento di fotoni ad energia più bassa. Il lavoro di tesi si è focalizzato sull'analisi approfondita dell'impatto dei parametri di sintesi sulla formazione del MOF stesso e sulle proprietà chimico-fisiche correlate. In particolare, sono stati preparati sia il MOF UiO-66 (Ce) che il MOF UiO-66-NH2 (Ce), modulando i seguenti parametri: il rapporto tra i reagenti, il tempo di miscelazione, e il tipo e la concentrazione dell'acido monocarbossilico. Per entrambi i materiali è stato utilizzato un protocollo di sintesi green a temperatura ambiente. Per studiarne le proprietà chimico-fisiche sono state effettuate diverse caratterizzazioni: diffrazione a raggi X delle polveri, la misurazione delle aree superficiali, l’analisi termogravimetrica, la spettroscopia UV-Vis, ATR ed infine la fotoluminescenza. Successivamente, sono state analizzate nel dettaglio la reazione alla quale i materiali sintetizzati sono destinati: l’ossidazione fotocatalitica del p-xilene e la produzione di H2 da soluzioni acquose di metanolo in presenza di luce visibile. I test catalitici sono stati condotti in collaborazione con il Dipartimento di Ingegneria Industriale dell’Università di Salerno.