• 3441
  • 4328
  • 4004
  • 4311
  • Laboratorio Di Luca De Trizio Per Sito 14217
  • Laboratorio Di Luca De Trizio Per Sito 14214

I nano-cristalli inorganici colloidali sono tra i nano-materiali più utilizzati grazie alla loro ampia versatilità. Un approccio sintetico razionale per i nano-cristalli è di estrema importanza poiché vi è una crescente richiesta di materiali, a scala nanometrica, che abbiano diversità di composizione e che siano appositamente ingegnerizzati per forma, morfologia e funzionalità di superficie. Tali fattori permettono, infatti, di ottenere proprietà ottiche, elettroniche, magnetiche e catalitiche definite e quindi rendere i nanocristalli adatti ad applicazioni in vari campi della scienza e tecnologia.

Il nostro gruppo si concentra su molti aspetti di ricerca fondamentale, dalla sintesi avanzata dei nano-cristalli all’ assemblaggio, allo studio delle loro trasformazioni chimiche e strutturali. Le applicazioni di cui ci occupiamo, abbracciano i campi più disparati, includendo la catalisi, l’immagazzinamento di energia, l’optoelettronica e l’illuminazione. Inoltre, in collaborazione con altri gruppi di IIT, sviluppiamo cristalli per applicazioni in biomedicina, il foto-rilevamento, e la rimozione dei metalli pesanti da fluidi contaminati.

Attività:

La ricerca si concentra sullo studio di superfici di nanocristalli colloidali semiconduttori in molti ambienti differenti: leganti, solventi, film, superlattici, etc. Questo tipo di ricerca sara' condotta attraverso una combinazione di metodi teorici che comprende: (1) sistemi automatizzati per il design sistematico di strutture nanocristalline innovative (2) modellizzazione multi-scala e multi-livello di nanocristalli colloidali, passando da simulazioni DFT a DFT periodico, da quelle ab-initio a simulazioni di dinamica molecolare classica; (3) verifica dei risultati ottenuti con metodi computazionali in stretta relazione con quelli sperimentali.

Il lavoro di ricerca consiste nello sviluppo di catalizzatori su scala nanometrica per le reazioni di scissione dell'acqua, riduzione di N2 e CO2 al fine di favorire una green economy. In particolare i catalizzatori sono sintetizzati in scala nanometrica (tramite sintesi colloidale o, più genericamente, sintesi in soluzione) per ottimizzare e promuovere le reazioni elettrocatalitiche. Poniamo particolare attenzione sulle interazioni supporto-catalizzatore e sulla caratterizzazione approfondita del catalizzatore dopo reazioni elettrocatalitiche, al fine di comprendere i fattori che promuovono / degradano la reazione in esame.

Strumentazione

Il laboratorio di elettrocatalisi è dotato di attrezzature all'avanguardia per la misurazione dell'attività catalitica e la caratterizzazione di materiali catalitici. L'apparecchiatura comprende 2 potenziostati, celle elettrochimiche a uno o due compartimenti, un simulatore solare e un gascromatografo accoppiato con un rivelatore di conducibilità termica per l'analisi in linea di prodotti gassosi.

Collaborazioni

  • Prof. Cristina Giordano, School of Biological and Chemical Sciences, Queen Mary University of London, London, UK.

L’attività di ricerca è rivolta allo sviluppo di nuove tecniche di cristallizzazione per singoli cristalli di perovskite di alogenuri organici-inorganici privi di piombo e sul loro utilizzo in dispositivi optoelettronici come i fotorilevatori. Inoltre, stiamo implementando questi nuovi metodi di cristallizzazione nella produzione di perovskiti ibride con emissione nel blu e nel verde e nella loro implementazione in dispositivi LED. La ricerca è focalizzata inoltre a spiegare i meccanismi di fomazione di questi composti e le loro proprietà ottiche.

Collaborazioni

  • Prof. Edward Sargent, Fotofisica dei cristalli singoli di perovskite ibrida, Dipartimento di Ingegneria Elettrica e Informatica, Università di Toronto, Canada.
  • Dott.ssa Daniela Maggioni, analisi di risonanza magnetica nucleare a stato solido della perovskite ad alogenuri zero-dimensionali, Dipartimento di Chimica dell'Università degli Studi di Milano, Italia.

Il laboratorio di nanochimica (NACH) è equipaggiato con 17 cappe chimiche dotate di linee schlenk e normale dotazione per sintesi chimica, 4 glovebox e differenti attrezzature suddivise in aree specifiche:

Analisi ottiche e chimiche. Il laboratorio NACH è dotato di diversi spettrofotometri, che consentono la misurazione dell'assorbimento dei campioni dalla regione ultravioletta (UV) alla regione del vicino infrarosso (NIR) dello spettro elettromagnetico e due spettrofluorimetri in grado di misurare la fotoluminescenza (o fosforescenza) di campioni nella gamma UV-visibile-NIR; uno strumento di dynamic light scattering (DLS), che può essere utilizzato per stimare il raggio idrodinamico delle particelle disperse in solventi; uno spettrometro ottica di emissione al plasma (ICP-OES) e uno spettrometro ICP di massa (ICP-MS), a cui gli utenti possono accedere, con l'aiuto di tecnici specializzati, per misurazioni di analisi elementare sia di routine che elaborate. È inoltre disponibile uno strumento di analisi termogravimetrica (TGA) per misurare le transizioni di fase, la decomposizione termica dei campioni e i fenomeni di assorbimento, adsorbimento e desorbimento.

Elettrocatalisi. Una parte del laboratorio NACH è dedicata all'elettrocatalisi. I gas prodotti durante l’attività catalitica (per esempio CO, CO2, CH4, metanolo, H2O etc.) possono essere analizzati direttamente in situ mediante gascromatografia, spettrometria di massa e spettroscopia infrarossa non dispersiva, consentendo lo studio di condizioni di reazione sia allo stato stazionario che transitorio. Grazie a un'installazione interna, è possibile monitorare l'evoluzione delle specie chimiche nell'interfaccia gas-solido mediante spettroscopia infrarossa a riflettanza diffusa in situ (DRIFTS). L'area di elettrocatalisi comprende potenziostati accoppiati con un simulatore solare e un gascromatografo. L'impostazione attuale può essere utilizzata per studiare varie reazioni elettrocatalitiche come le reazioni di evoluzione dell'idrogeno e dell'ossigeno e la riduzione di N2 o CO2.

Trattamento bio-area e ipertermia. Il laboratorio NACH ha una sala di coltura cellulare che contiene un'apparecchiatura di base per la coltura cellulare. Qui è possibile studiare l'interazione tra cellule e nanoparticelle (prodotte principalmente nel laboratorio NACH) allo scopo di studiare la tossicità dei nanomateriali e selezionare quelle da utilizzare per la consegna di farmaci chemioterapici e per l'ipertermia magnetica o il trattamento fototermico ( che vengono eseguiti esponendo le cellule, incubate con i nanocristalli, a un campo magnetico alternato o a un laser, rispettivamente).

Dispositivi di accumulo dell'energia (batterie). I nanomateriali sintetizzati nel NACH Lab e in altri laboratori IIT (per esempio il Graphene Lab) sono implementati e testati in batterie (pile a bottone). Il laboratorio NACH dispone di diversi strumenti per produrre film sottili di nanoparticelle, una glovebox dedicata alla preparazione delle pile e per il loro assemblaggio/disassemblaggio. Le batterie possono essere infine testate (effettuando cicli di carica e scarica) nel laboratorio NACH tramite diversi strumenti, capaci, al contempo, di eseguire misurazioni di spettroscopia di impedenza elettrochimica (per studiare le reazioni elettrochimiche che si verificano nelle batterie).

L'impiego, in batterie a ioni di litio o di sodio, di materiali ad intercalazione formati da particelle di dimensioni nanometriche, può contribuire a ridurre i problemi associati alla loro scarsa conducibilità ionica ed elettronica e favorire lo sviluppo di elettrodi ad alte prestazioni. L'attività sulle batteria comprende la sintesi e la caratterizzazione morfologica, strutturale ed elettrochimica di nano-cristalli, in vista della loro applicazione come elettrodi nelle batterie agli ioni di litio e sodio. In collaborazione col Graphene Labs vengono studiate le proprietà elettrochimiche di compositi grafene/nano-cristalli, come via alternativa per migliorare la conducibilità elettronica e le prestazioni degli elettrodi. I test elettrochimici vengono eseguiti in batterie tipo “coin-cell”, assemblate in “glove-box” sotto atmosfera di Argon con livelli di ossigeno e acqua

In questo progetto studiamo la manipolazione attiva dell’interazione luce-materia su scala nanometrica focalizzandoci su nuovi dispositivi attivati dalla luce per lo stoccaggio di energia o su strutture (nano)fotoniche accordabili. I materiali d’interesse sono i nanocristalli semiconduttori e plasmonici, come ossidi metallici e perovskiti, e il loro accoppiamento con materiali 2D. I metodi per il loro studio includono le tecniche spettroscopiche in luce continua e risolte in tempo, come l’assorbimento e la fotoluminescenza, la fotoluminescenza risolta in tempo e l’assorbimento transiente. Per un loro studio risolto nel spazio ci prefiggiamo di integrare le tecniche spettroscopiche in un microscopio.

Progetti

  • 06/2019 Cariplo 2018 Low-cost and reusable photonic crystals for optical detection of bacterial contaminants Role: Co-PI Ilka Kriegel
  • 10/2016-09/2019 Horizon 2020 Marie Skłodowska-Curie Individual Fellowship (H2020-MSCA-IF-2016) Global Fellowship Metal oxide nanocrystals as optically driven dynamic manipulators of local (opto)electronic properties (MOPTOPus) Role: Fellow Ilka Kriegel

La nostra ricerca si concentra sul design e lo sviluppo di oggetti con proprietà optoelettroniche prestabilite, ottenuti mediante l’autoassemblaggio di nanoparticelle.

Ci occupiamo dello sviluppo di strategie per la manipolazione di questi mattoni fondamentali per creare componenti adatti alla successiva implementazione in dispositivi. Gli approcci sperimentali comprendono autoassemblaggio interfacciale, evaporazione controllata e integrazione di nanoparticelle in matrici polimeriche. I componenti così ottenuti vengono caratterizzati approfonditamente in situ ed ex situ per investigare le interazioni tra nanoparticelle e le loro proprietà collettive.

Strumentazione

La nostra attività di ricerca sfrutta un insieme di strumenti sviluppati su misura per preparare membrane e oggetti tridimensionali autoassemblati, e per integrarli all’interno di film polimerici. Il loro design è guidato dalla conoscenza dettagliata dei leganti che ricoprono la superficie delle singole particelle, dalla forma delle nanoparticelle, dalla velocità di evaporazione del solvente e da molti altri parametri. L’attività di ricerca è sostenuta dalla Electron Microscopy e Materials Characterization strutture di IIT, e da colleborazioni sia interne che internazionali. Le caratterizzazioni tipiche includono studi optomeccanici in situ su camponi solidi, microscopia elettronica in situ su campioni liquidi e misure di fotoluminescenza al variare della temperatura (4 – 500 K).

Collaborazioni

  • Advanced Photonics Laboratories (Dr. Daniele Sanvitto, senior researcher), CNR NANOTEC. Lecce, Italy.
  • Istituto di Cristallografia, Consiglio Nazionale delle Ricerche (Dr. Cinzia Giannini, team leader). Bari, Italy.
  • Physical Chemistry Department. Dresden University (Prof. Vladimir Lesnyak).  Dresden, Germany.
  • Institute for Theoretical Physics. University of Utrecht (Dr. Joost de Graaf). Utrecht, the Netherlands.

Progetti

  • 2018-2020, "Routing Energy Transfer via Assembly of Inorganic Nanoplatelets" MSCA-IF-EF-ST, funded under H2020-EU.1.3.2. - Nurturing excellence by means of cross-border and cross-sector mobility. Total cost EUR 168 277,20, PI Dmitry Baranov
  • 2018-2019, “Investigating the Structure Tunability of Perovskite Superlattices via In Situ Transmission Electron Microscopy”. User facility project 5357. Molecular Foundry/II, PI Milena Arciniegas
  • 2016-2020, “In situ Investigation of Self-Assembled Nanocrystals via coupled GISAXs/GIWAXs”. Laboratório Nacional de Luz Síncrotron – LNLS. Campinas, Brazil, PI Milena Arciniegas

Social media

Twitter: @retain_2020

 

Progetti

  • SAN PAOLO (contract n. 2008.2381) - Coordinated by Università; di Siena.
    Molecular and morphological correlates of neuronal plasticity in rat models of learning
    Person in charge for IIT: A. Falqui. IIT Contribution: €60.000. Project start: July 1st 2009. End: June 30th 2012.
  • FP7 Collaborative Project (MAGNIFYCO, contract n. 228622) - Coordinated by CNR-Lecce.
    Magnetic Nanocontainers for combined hyperthermia and controlled drug release
    Person in charge for IIT: L. Manna and T. Pellegrino. IIT Contribution: €327.720. Project start: September 1st 2009. End: February 28th 2013.
  • FP7 ERC Starting Grant (NANO ARCH contract n. 240111).
    Assembly of Colloidal Nanocrystals into Unconventional Types of Nanocomposite Architectures with Advanced Properties
    Person in charge for IIT: L. Manna. IIT Contribution: €1.299.960. Project start: September 1st 2009. End: February 28th 2013.
  • FP7 Collaborative Project (SCALENANO contract n. 284486) - Coordinated by IREC.
    Development and scale-up of nanostructured based materials and processes for low cost high efficiency chalcogenide based photovoltaics
    Person in charge for IIT: L. Manna; IIT Contribution: €305.400. Project start: February 1st 2009. End: July 31st2015.
  • FIRB (Italian funds for fundamental research) project (contract n. RBAP115AYN) - Coordinated by Università degli Studi di Milano Bicocca.
    Ossidi nanostrutturati: multi-funzionalità e applicazioni
    Person in charge for IIT: L. Manna - IIT Contribution: €226.160. Project start: February 22nd 2012. End: February 21st 2015.
  • FP7 Marie Curie Intra European Fellowship (IEF) NIRPLANA (contract n. 298022).
    Near-Infrared Semiconductor Plasmonic Nanocrystals for Enhanced Photovoltaics
    Person in charge for IIT: I. Moreels. IIT Contribution: €193.726,80. Project start: May 16th 2012. End: May 15th 2014
  • FP7 Marie Curie Intra European Fellowship (IEF) LOTOCON (contract n. 301100).
    Low-toxicity copper chalcogeneide semiconductor nanocrystals
    Person in charge for IIT: V. Lesnyak. IIT Contribution: €185.763,60. Project start: June 15th 2012. Ended: June 14th 2014
  • FP7 Marie Curie Actions Initial Training Networks (ITN) - Coordinated by Universitaet Regensburg.Mag(net)icFun (contract n. 290248)
    Functionalized Magnetic Nanoparticles and their Application in Chemistry and Biomedicine
    Person in charge for IIT: L. Manna and T. Pellegrino. IIT Contribution: €590.234. Project start: October 1st 2012. End: September 30th 2016
  • CARIPLO 2012 NANOCRYSLAS (contract n. 2012-0824).
    Micro-laser based on rod-shaped self-assembling colloidal semiconductor nanocrystals
    Person in charge for IIT: R. Krahne. IIT Contribution: €74.000. Project start: March 1st 2013. End: February 28th 2015
  • FP7 Collaborative Project FLAGSHIP GRAPHENE (contract n. 604391)
    Graphene-Based Revolutions in ICT And Beyond
    Person in charge for NACH dep.: L. Manna, R. Krahne and I. Moreels. NACH Contribution: €305.520. Project start: October 1st 2013. End: March 31st 2016
  • AIRC Investigator Grant (contract n. IG 14527)
    Stimuli-Responsive Nanoparticles for eradicating different subsets of cancer cells within tumors
    Person in charge for IIT: T. Pellegrino. IIT Contribution: €180.000. Project start: January 2nd 2014. End: January 1st 2016
  • FP7 ERC Consolidator Grant TRANS NANO (contract n. 614897).
    Advancing the Study of Chemical, Structural and Surface Transformations in Colloidal Nanocrystals
    Person in charge for IIT: L. Manna. IIT Contribution: €2.430.720. Project start: March 1st 2014. End: February 28th 2019
  • CARIPLO 2013 - Coordinated by Istituto Nazionale Tumori (contract n. 2013 0865).
    Disease recurrence in epithelial ovarian cancer: deciphering miRNA-driven regulatory networks related to drug sensitivity/cellular plasticity and exploring nanomaterial-based targeted delivery of identified key molecules for therapeutic purposes
    Person in charge for IIT: T. Pellegrino. IIT Contribution: €90.000. Project start: May 1st 2014. Project end: April 30th 2017
  • CARIPLO 2013 GREENS(contract n. 2013 0656).
    Green nanomaterials for next-generation photovoltaics
    Person in charge for NACH dep.: L. Manna. NACH Contribution: €140.000. Project start: June 1st 2014. End: May 31st 2016