CArbon DIoxide VAlorization by chemical, Photo- and Electro-chemical processes - Finanziamento dell’Unione Europea – NextGenerationEU – missione 4, componente 2, investimento 1.1.

Il progetto CADIVAPE riguarda la conversione della CO2 in combustibili o precursori di combustibili mediante metodi EC (ElettroChimici), PC (FotoChimici) e PEC (FotoElettroChimici). È costruito attorno a tre attività, che costituiscono il core business di ciascuna unità di ricerca: sintesi e caratterizzazione di catalizzatori e PS (FotoSensibilizzatore) (UNIMI), studi elettrocatalitici (UNITO) e fotocatalitici (CNRBO). La prima arte consiste nello studio catalitico di molecole in fase omogenea e il corrispondente meccanismo catalitico promosso dai complessi dei metalli di transizione e dalle porfirine. Nuovi ligandi funzionalizzati (UNIMI) consentiranno di mettere a punto le proprietà elettroniche e catalitiche, ad esempio innestando gruppi funzionali sul ligando che migliorano le prestazioni catalitiche (ad esempio idrossile come fonte locale di protoni, o ammina che funge da navetta protonica). Poi ci concentreremo sull'eterogeneizzazione dei catalizzatori molecolari per potenziarne le prestazioni, consentendo l'utilizzo di una gamma più ampia di solventi, compresi i mezzi di cattura del carbonio e fornendo sistemi di riduzione con maggiore durata, efficienza, riciclabilità e lavorabilità, pur mantenendo le proprietà del catalizzatore. L'inclusione di ammine aromatiche nel complesso metallico consentirà la conversione in situ nel corrispondente sale di diazonio, sfruttabile per immobilizzare il complesso metallico sull'elettrodo a base di carbonio (tessuto di carbonio), attraverso la formazione di un forte legame covalente C-C. L'eterogeneizzazione dei catalizzatori sarà mirata non solo verso i test EC, ma anche per gli approcci PC e PEC, che comportano la sviluppo di efficienti sistemi catalizzatore-PS. Da questo lato, un problema da superare è l'abilitazione dell'elettrone fotogenerato localizzato nello stato eccitato, per viaggiare rapidamente verso il catalizzatore per la successiva riduzione della CO2. Mentre l'approccio omogeneo è concettualmente semplice - sebbene richieda la sintesi di sistemi molecolari bifunzionali catalizzatori PS - quello eterogeneo prevede o l'immobilizzazione del catalizzatore e del PS indipendentemente sul supporto solido oppure l'immobilizzazione del catalizzatore che opera in un mezzo contenente il PS disciolto. Per garantire un ET (Electron Transfer) veloce dallo stato eccitato di PS al catalizzatore, è fondamentale utilizzare un supporto conduttivo. Puntiamo ad adottare piccole nanoparticelle paramagnetiche Co@C o Fe3C@C (@C, TurboBeads®, ~50 nm) ricoperto da un guscio di carbonio conduttivo (~1 nm). La funzionalizzazione delle particelle mediante il metodo del sale di diazonio porterà alla realizzazione di sistemi catalitici PS@C che saranno studiati per la riduzione della CO2 dei PC. Con questa metodologia, il progetto CADIVAPE può esplorare diverse combinazioni di PS e catalizzatori immobilizzati su @C nanoparticelle. Per quanto ne sappiamo, questa è la prima volta che le nanoparticelle conduttive sono pensate di essere impiegate come unità catalitiche nei processi PC o PEC.