Istituto di chimica dei composti organo metallici (ICCOM)

Competenze

I ricercatori di CNR-ICCOM possiedono competenze in molteplici settori delle scienze molecolari tra cui spiccano per qualità e diversificazione del know-how quelle che riguardano:
o le metodologie più avanzate di sintesi (organica, inorganica e metallorganica)
o la progettazione e lo sviluppo di nuovi catalizzatori (omogenei, eterogenei e supportati), elettrocatalizzatori e fotocatalizzatori finalizzati alla realizzazione di processi sostenibili ed efficienti
o la caratterizzazione morfologico-strutturale e funzionale, con applicazioni che spaziano dalle applicazioni industriali fino a quelle biomedicali
o l'applicazione delle più moderne tecniche analitiche e spettroscopiche a problematiche applicate all'ambiente, alle scienze della salute ed alla protezione dei beni culturali
o la modellizzazione computazionale di sistemi chimici complessi e delle loro proprietà chimico-fisiche e funzionali
o Sviluppo di materiali innovativi per applicazioni in industria e biomedicina
Entrando più nello specifico sede per sede in cui è articolato l'Istituto passiamo ad elencare le competenze di eccellenza che CNR-ICCOM è in grado di offrire nei differenti settori.
Iniziando dalla sede dell'Istituto localizzata nell'Area di Ricerca del CNR all'interno del Polo Scientifico e Tecnologico di Sesto Fiorentino, possiamo elencare le seguenti capacità operative e competenze scientifiche:
o Preparazione di leganti polidentati chirali ed achirali con vari atomi donatori
o Sintesi di composti otticamente attivi mediante processi enantioselettivi innovativi
o Preparazione di nanopolveri omogenee di metalli con la tecnica denominata "metal vapour synthesis" e ancoraggio di selettori chirali a matrici insolubili ad alta diffusione per reagenti e prodotti.
o Eterogeneizzazione di catalizzatori molecolari tramite ancoraggio covalente, ionico e interazioni deboli.
o Progettazione e ottimizzazione di reattori catalitici (reattori a letto o in flusso)
o Sintesi, caratterizzazione e studio della reattività di nanoparticelle metalliche immobilizzate su vari supporti (resine, membrane polimeriche) per l'utilizzo in processi selettivi e sostenibili di produzione.
o Sintesi, caratterizzazione e studio della reattività di catalizzatori bifunzionali e di supporti materiali meso/macroporosi .
o Preparazione di fasi metalliche, metallo fosfuri e metallo solfuri dispersi su supporti inorganici/organici a partire da precursori organometallici ed inorganici
o Sintesi e caratterizzazione di sistemi polimerici complessi mediante miscelazione reattiva di poliolefine e/o poliolefine modificate con altri materiali polimerici di origine sintetica o naturale.
o Sintesi di nanocompositi.
o Sintesi di polimeri coniugati con struttura del polifenilene etinilene (polyphenylene ethynylene) per applicazioni nel campo della microelettronica ed in particolare della sensoristica
o Ottimizzazione e scale-up di processi catalitici eterogenei, ad esempio reazioni di idrogenazione selettiva, ossidazione ed ossidazione parziale, attivazione di legami C-H, formazione legami C-C,
o Ottimizzazione e scale-up di processi catalitici omogenei e bifasici e reazioni di polimerizzazione, oligomerizzazione e copolimerizzazione di olefine e di olefine con monomeri polari
o Processi selettivi (chemo-, regio- e stereoselettivi) di riduzione per idrogenazione diretta o trasferimento di idrogeno. Formazione selettiva di legami C-C, C-O, C-S e C-Si
o Spettroscopia di risonanza magnetica nucleare, NMR, anche allo stato solido, ed EPR
o Spettroscopia FT-IR e UV-VIS
o Spettrometria di massa su gas
o Analisi termogravimetrica TGA
o Gascromatografia, gascromatografia con detector di massa, cromatografia liquida ad alte prestazioni
o Tecniche di microscopia elettronica (TEM, SEM, EDX)
o Porosimetria tramite fisisorbimento e chemisorbimento
o Messa a punto e diagnostica di nuovi sistemi di produzione dell'energia, quali celle a combustibile ed elettrolizzatori a membrana polimerica
o Elettrocatalizzatori a base di metalli di non nobili per celle a combustibile ad alcool diretto ed elettrolizzatori a membrana polimerica
o Studi elettrochimici di elettrocatalisi con complessi depositati su supporti conduttivi, OMFC (organometallic fuel cells)]
o Studi di anodizzazione di titania finalizzati alla produzione di materiali foto-attivi (nanotubi di titania) e loro impiego in catalisi
o Elettrocatalizzatori e processi per elettroriduzione e valorizzazione dell'anidride carbonica, finalizzati alla produzione di idrocarburi e prodotti ossigenati su catalizzatori a base di rame.
o Valorizzazione di prodotti rinnovabili come glicerolo ed etanolo, tramite elettro-ossidazione parziale in cella a combustibile ad alcool diretto
o Studio di sistemi di rilascio controllato di idrogeno on-demand, tramite reattori di idrolisi di idruri metallici
o Studio di sistemi di accumulo di energia quali celle secondarie e flow batteries
o Studio di processi ecocompatibili di smaltimento di accumulatori agli ioni di litio
o Sviluppo di celle solari DSSC (Dye Sensitized Solar Cells).
o Catalizzatori per reforming e deidrogenazione parziale
o Studio, dimensionamento, modelling e ottimizzazione, dal punto di vista ingegneristico, di impianti di produzione e conversione energetica, impianti industriali (con scale che spaziano dal prototipo all'impianto pilota). Studio di sistemi di integrazione tra energie rinnovabili e non rinnovabili e smart grid
o Caratterizzazione di composti e materiali in differenti fasi mediante spettrometria di massa e spettroscopia NMR multinucleare. [Barbaro per Firenze; Calucci, Forte, Pizzanelli per Pisa]
o Studi meccanicistici tramite risonanza magnetica ed infrarossa in presenza di gas ad alta pressione
o Risoluzione di strutture molecolari da dati di diffrazione a cristallo singolo
o Identificazione delle fasi cristalline, stima semiquantitativa e determinazione quantitativa di fasi cristalline
o Diffrattometria a temperatura variabile in camera calda sotto flusso di gas inerte
o Analisi di soluzioni acquose ed organiche tramite gas cromatografia accoppiata con spettrometria di massa e HPLC anche chirale
o Funzionalizzazione di nanomateriali innovativi 1D (nanotubi) e 2D (grafene) tramite click-chemistry
o Sviluppo di nuove fasi stazionarie chirali e solvatanti chirali per la determinazione degli eccessi enantiomerici mediante cromatografia e risonananza magnetica nucleare
o Studi di stereochimica mediante tecniche spettroscopiche non tradizionali in luce polarizzata e di risonanza magnetica nucleare ad alta risoluzione. Determinazioni di configurazione e conformazione molecolare. Discriminazioni chirali nell'interazione chimica e biochimica
o Determinazione di componenti in tracce in matrici complesse mediante spettrometria di massa
o Determinazione di suscettività magnetiche di solidi e composti in soluzione
o Sviluppo e costruzione di strumentazione scientifica per la realizzazione e studio in situ di reazioni chimiche in alta pressione di gas: autoclavi e dispositivi per spettroscopie NMR and IR.
o Prototipazione e design dal punto di vista meccanico di piccole strumentazioni e sistemi personalizzati
o Studi cinetici di processi chimici in fase omogenea
o Test di citotossicità e di vitalità cellulare in rapporto al trattamento con sostanze biologiche e/o chimiche (farmaci) sia in coltura liquida sia in terreni semisolidi (agar).
o Test della capacità sostanze biologiche e/o chimiche di ridurre la crescita di cellule neoplastiche in modelli animali (xenotrapianti anche orto-topici)
o Metodi di chimica computazionale finalizzati alla comprensione di meccanismi di catalisi e alla comprensione di interazioni tra componenti biochimiche tramite studi di dinamica molecolare.
o Sintesi e caratterizzazione di nanoparticelle magnetiche tramite tecniche collidali per le seguenti applicazioni: drug delivery magnetica, diagnostica e terapia e terapia termoablativa in radiofrequenza di tumori; materiali ibridi magnetici-plasmonici per sensoristica avanzata; elettronica switching (trasformatori ad alta frequenza e basse perdite); magneti permanenti ad alta rimanenza.

Ispiratrici di buona parte della ricerca scientifica dell'Istituto sono le multiformi competenze acquisite nel campo della catalisi omogenea ed eterogenea che si esplicano nel design e nella realizzazione sintetica di leganti mono- e polifunzionali, achirali o chirali con varie simmetrie, e dei loro composti di coordinazione con metalli di transizione da usarsi come catalizzatori. Questi devono essere capaci di coniugare quanto più possibile efficienza e selettività e in grado di rispondere alle sempre più stringenti richieste dell'opinione pubblica e del legislatore per quel che riguarda la eco-compatibilità dei processi e la minimizzazione delle scorie di produzione. Catalisi in ambiente acquoso ed impiego di solventi innovativi a basso impatto ambientale per reazioni catalitiche con complessi metallici sono due competenze ormai acquisite dai ricercatori dell'istituto.
Parte importante dell'attività di ricerca inoltre riguarda le applicazioni della catalisi alle nuove energie da fonti rinnovabili dove i ricercatori ICCOM hanno acquisito un know how sullo sviluppo di processi sostenibili di produzione di energia. Punti focali di questo percorso sono la catalisi omogenea ed eterogenea, l'elettrocatalisi e fotocatalisi, gli studi di materiali per l'energia, i catalizzatori anodici e catodici per celle a combustibile, i catalizzatori per elettrolizzatori a membrana polimerica, la elettroriduzione di CO2 ad idrocarburi, lo sviluppo di test e diagnostica per stack di celle a combustibile ad H2, la valorizzazione di risorse rinnovabili tramite elettrocatalisi (es glicerolo), la fotoelettrocatalisi, la catalisi per rilascio di idrogeno da materiali idrurici e metalli, gli studi operativi sugli accumulatori agli ioni di litio e sul loro smaltimento e recupero dei metalli, l'elettrocatalisi in alta pressione e molte altre ancora. L'esistenza di un numero assai diversificato di linee di ricerca e la presenza di competenze di eccellenza in ognuno di questi settori hanno permesso all'istituto di allacciare fertili rapporti sia con il mondo dell'industria che con altre realtà della ricerca presenti sia in Italia che all'estero e hanno permesso lo sviluppo di collaborazioni con l'impresa per lo scale up di processo e la la realizzazione di prototipi e sistemi industriali. .
Nel settore del fotovoltaico, CNR-ICCOM si occupa dello sviluppo di nuovi coloranti ad alta efficienza per celle solari DSSC (Dye Sensitized Solar Cell) e di nuovi processi connessi allo sfruttamento efficiente dell'energia solare.
A queste competenze di tipo strettamente chimico si affianca un reparto ingegneristico che si occupa di studiare ed ottimizzare i sistemi di conversione energetica. Lo sviluppo, la caratterizzazione sperimentale e l'ottimizzazione di sistemi prototipali e pre-industriali fanno parte del bagaglio di conoscenze di tale unità, che vanta inoltre competenze nel campo della sperimentazione, sviluppo di modelli descrittivi e di analisi di fenomeni e sistemi nell'ambito delle macchine, degli impianti di conversione dell'energia e dei sistemi di accumulo. I temi attualmente affrontati riguardano lo studio e l'ottimizzazione di sistemi basati sulle energie rinnovabili e su fonti fossili, l'integrazione delle energie rinnovabili nel sistema elettrico esistente e futuro (smart grid), lo sviluppo di sistemi di accumulo e la tecnologia dell'idrogeno.
Tra le competenze di punta figurano inoltre la sintesi, la funzionalizzazione e la caratterizzazione delle proprietà fisiche di nanoparticelle magnetiche basate su materiali tradizionali quali ferriti, metalli e leghe, sintetizzati mediante tecniche colloidali.
Oltre ad una profonda conoscenza di tipo fondamentale, lo studio di questi sistemi permette lo sviluppo di numerose applicazioni. Ad esempio lo sviluppo di vettori nanometrici per la diagnosi precoce e il trattamento di patologie tumorali. In questo caso la componente magnetica viene utilizzata sia per fini diagnostici (mezzo di contrasto per risonanza magnetica per immagini) sia terapeutici, sfruttando il rilascio di calore indotto dall'applicazione di un campo elettromagnetico esterno. Un'altra applicazione di tali sistemi è lo sviluppo di nanomateriali ibridi magnetici-plasmonici contenenti una componente magnetica ed una con attività plasmonica accoppiate secondo diverse geometrie con ricadute importanti nello sviluppo di sensori di nuova generazione ad elevata sensibilità. Infine tali materiali possono avere applicazioni importanti anche in elettronica di potenza per la riduzione della dispersione, e quindi della perdita di energia in dispositivi elettronici quali, ad esempio, i trasformatori ad alta frequenza presenti nel convertitori switching, sia per lo sviluppo di magneti permanenti ad alta rimanenza.
I settori di alta competenza che vengono coperti dai ricercatori dell'ICCOM riguardano inoltre le reazioni idrogenazione sia in fase eterogenea (condotte, con catalizzatori supportati su fasi solide o depositati su superfici come nanopolveri omogenee di metalli mediante tecniche di metal vapour synthesis (MVS), su differenti substrati quali idrocarburi insaturi ciclici ed aciclici, eterocicli aromatici di origine fossile presenti come contaminanti minori dei crudi petroliferi, risorse rinnovabili come gli oli vegetali polinsaturi, ed intermedi polifunzionali) che omogenea (privilegiando in questo caso le sintesi di composti otticamente attivi ad elevata enantioselettività mediante catalizzatori chirali).
Competenze specifiche sono state accumulate negli ultimi anni nel settore delle reazioni di polimerizzazione, oligomerizzazione e copolimerizzazione di olefine e dei nuovi materiali macromolecolari tecnologicamente avanzati. Polimeri olefinici, copolimeri stereoregolari tra monossido di carbonio ed olefine, tra olefine cicliche ed alfa-olefine, etc. sono i prodotti che scaturiscono da queste competenze. Competenze originali in questo settore possono essere offerte nella sintesi e caratterizzazione di sistemi polimerici complessi mediante miscelazione reattiva di poliolefine e/o poliolefine modificate con poliammidi e poliesteri, nell'indagine delle proprietà termomeccaniche dei polimeri, nello sviluppo di nanocompositi a matrice poliolefinica od inorganica.
L'esperienza in chimica organometallica di molti ricercatori dell'ICCOM è un patrimonio di questo organo di ricerca ed è facilmente rintracciabile nelle competenze acquisite nella progettazione, realizzazione ed ottimizzazione di leganti, catalizzatori e processi capaci di realizzare, in fase omogenea od eterogenea e con elevata selettività, reazioni di importanza basilare quali quelle che conducono alla formazione di legami carbonio-carbonio e carbonio eteroatomo (silicio, ossigeno, azoto). Competenze specifiche in queste reazioni ed in quelle di idroformilazione e, più in generale, di carbonilazione di olefine derivano dalla padronanza dei centri di ricerca dell'ICCOM delle tecniche di reazioni sotto pressione. Questo settore di ricerca beneficia di specifiche competenze maturate nell'officina meccanica fiorentina dove si progettano e si allestiscono autoclavi per reazioni sotto pressione di gas e tubi di zaffiro montati su titanio per spettroscopia NMR ed IR ad alta pressione.
Se le competenze in catalisi sono certamente la punta avanzata tra quelle che l'ICCOM può fornire, esse necessariamente derivano dal lavoro costante e decennale del personale in settori non direttamente applicativi e maggiormente vicini a quella che si suole definire ricerca fondamentale. Lo sviluppo di queste conoscenze di base ed il mantenimento di livelli di eccellenza nelle relative competenze non può essere affatto disgiunto dalla realizzazione ad alto livello dei processi che interessano la ricerca nelle scienze della catalisi.
La tradizione dell'Istituto è in effetti portatrice di fondamentali competenze negli ambiti delle sintesi inorganiche, organiche ed organometalliche che non solo sono propedeutiche al design ed alla funzionalizzazione specifica di leganti e complessi da trasferire sinergicamente alla linea di catalisi, ma svolgono anche un ruolo di per sé fondamentale e portatore anch'esso di competenze uniche. Numerosi progressi sono stati inoltre compiuti nella sintesi e funzionalizzazione di nanomateriali complessi a base di carbonio, sia 1D (nanotubi) che 2D (grafeni) tramite "click-chemistry" e nell'inserimento di eteroatomi nella struttura carboniosa permettendo lo sviluppo di catalizzatori "metal free" e di vettori innovativi per drug delivery.
Basti pensare, ad esempio, all'impiego di complessi organometallici nella sintesi e funzionalizzazione di composti a potenziale attività biologica, la messa a punto di nuove strategie sintetiche su molecole mirate di rilevanza farmacologia o come precursori per l'industria chimica fine.
Tali competenze hanno permesso quindi numerosi progressi nella sintesi di catalizzatori organometallici innovativi sia in fase omogenea che eterogenea.
A corollario delle competenze sintetiche i ricercatori dell'ICCOM sono portatori di un ampio ventaglio di competenze legate alle tecniche strumentali sia di routine che di frontiera, collegate alla caratterizzazione delle stesse. Tali tecniche si estendono dalle spettroscopie elettromagnetiche (IR, NMR) alla spettrometria di massa, alla purificazione mediante tecniche cromatografiche e alle tecniche di indagine diffrattometrica. Di particolare rilievo oltre alle tecniche di HPNMR precedentemente menzionate sono gli studi di stereochimica mediante tecniche spettroscopiche non tradizionali in luce polarizzata e di RMN ad alta risoluzione e lo sviluppo di nuove fasi stazionarie chirali e solvatanti chirali per la determinazione degli eccessi enantiomerici mediante cromatografia ed NMR.
Competenze decennali nell'ambito delle determinazioni strutturali mediante diffrazione dei raggi-X sono apportate da un gruppo di cristallografi che svolgono un prezioso lavoro, non solo a livello di caratterizzazione strutturale, di correlazione tra struttura allo stato solido, proprietà chimico-fisiche e reattività.
Per quanto riguarda le tecniche di indagine morfologica, i ricercatori dell'ICCOM possiedono un'elevata conoscenza delle tecniche di microscopia elettronica in trasmissione (TEM) e a scansione (SEM), eventualmente equipaggiati con detector a dispersione delle energie (EDX), nonché delle tecniche SPM (scanning probe microscopy) come microscopia a forza atomica (AFM) e a scansione ad effetto tunnel (STM).
L'istituto inoltre possiede tra le proprie facilities, numerose tecniche di indagine elettrochimica finalizzate alla caratterizzazione funzionale di materiali innovativi per lo sviluppo di energie rinnovabili, alla diagnostica di sistemi basati su celle a combustibile ad idrogeno ed alcool diretto, caratterizzazione di materiali per celle secondarie e primarie, esperienza che ha permesso di allacciare rapporti di collaborazione con numerose entità facente parti del mondo dell'industria.
Lo sviluppo di nuovi processi in catalisi e l'ottimizzazione di quelli esistenti non può prescindere da una robusta conoscenza della reattività dei substrati organici ed inorganici verso i complessi metallici. Pertanto gli studi di attivazione selettiva di piccole molecole mediante complessi organometallici degli elementi di transizione sono portatori di competenze specifiche che interfacciano la chimica organica con l'inorganica e la chimica organometallica con la spettroscopia, la cinetica e la termodinamica concorrendo tutte insieme alla comprensione dei meccanismi di reazione e quindi al proponimento di un feedback naturale per l'ottimizzazione del complesso metallico verso la desiderata reattività chimica sia stechiometrica che catalitica.
Gli studi di reattività e meccanismo beneficiano inoltre di specifiche competenze maturate nei settori della modellistica quantomeccanica che fa della teoria non un mero modo di rappresentazione di processi chimici e di strutture molecolari, ma la impone come momento quasi precognitivo ed indirizzante il lavoro del chimico sintetico. L'impiego di sempre più potenti strumenti di calcolo e di software sempre più alieni dal bagaglio specialistico dei programmatori permettono una rapida disseminazione tra i chimici sintetici dei fondamenti di chimica teorica e rendono i metodi teorici di enorme aiuto allo studio della reattività.
Inoltre l'istituto possiede tra le proprie competenze la comprensione dei meccanismi biochimici tramite studi teorici di interazioni molecolare, in particolare per sistemi con un alto grado di disordine intrinseco e bassi gradi strutturali, con la possibilità di includere anche piccoli cofattori (ad esempio ioni metallici). Le scale temporali e le risoluzioni spaziali dei modelli sono determinate dalle proprietà che si intendono studiare, con la possibilità di fare interagire scale differenti.
L'istituto vanta inoltre, competenze in ambito biochimico e biomedico. Le ricerche nell'area della ricerca chimica proiettata al design ed all'utilizzazione di composti inorganici, organometallici ed organici in medicina e in genere come molecole biologicamente attive rappresenta un altro settore in cui sono maturate da alcuni anni importanze competenze. Vanno qui ricordate le ricerche nel settore dei composti metallorganici potenzialmente impiegabili in terapia (composti antitumorali, antiangiogenici, antivirali etc), dei radiofarmaci per ricerca biomedica e applicazione clinica, la sintesi di ligandi recettoriali o inibitori enzimatici e le loro applicazioni in medicina, la sintesi di amminoacidi non naturali, oligopeptidi e peptidomimetici come agonisti/antagonisti recettoriali, gli studi di correlazione struttura-attività biologica, le determinazioni di configurazione e conformazione molecolare e gli studi di discriminazioni chirali nell'interazione chimica e biochimica. Valutazione dei meccanismi d'azioni delle sostanze ad azione citotossica tramite analisi del ciclo cellulare e dell'apoptosi nonché tramite l'analisi dell'espressione sia a livello di RNA sia a livello proteico. Test di trasformazione sia in vitro (su cellule) sia in vivo (su topi), misurando l'acquisizione di caratteristiche neoplastiche di cellule di mammifero esposte a sostanze chimiche.
Studio delle sequenze genetiche per la messa in evidenza sia di mutazioni associate alla trasformazione neoplastica sia di polimorfismi che possono modificare la risposta e/o la tossicità di trattamenti farmacologici.
Nella UOS Pisa di ICCOM, sono presenti competenze avanzate di chimica analitica, macromolecolare, teorica e computazionale, nonché di spettroscopia ottica e risonanza magnetica. Le competenze, complementari e sinergiche, sostengono e promuovono attività di ricerca nei settori della chimica sostenibile, dei materiali avanzati, della nanomedicina e dei beni culturali.
Le competenze specifiche che i ricercatori della UOS pisana sono in grado di offrire riguardano:
o Lo sviluppo di nuove metodologie e strumenti per la determinazione e la caratterizzazione delle specie chimiche a livello di traccia in matrici biologiche, cliniche ed ambientali.
o Lo sviluppo di strumentazione analitica (spettroscopia atomica) per il monitoraggio on-line delle emissioni gassose (eventualmente di impianti termici e geotermici)
o Lo sviluppo di nuove metodologie e strumenti per la determinazione e la caratterizzazione delle specie chimiche a livello di tracce in matrici biologiche, cliniche e ambientali: chemical e photochemical vapour generation accoppiata a spettrometria atomica/ spettrometria di massa per analisi di specie in tracce e ultratracce; generazione chimica di composti volatili da specie anioniche mediante sali di trialchilossonio borato.
o Lo studio dei meccanismi di generazione di idruri volatili mediante borano complessi (NaBH4, amminoborani) e le loro applicazioni analitiche.
o Lo sviluppo di strumentazione analitica (spettroscopia atomica) per il monitoraggio on-line delle emissioni gassose (con particolare riferimento a quelle che provengono da impianti termici e geotermici)
o Lo studio dei processi di fotodegradazione di inquinanti ambientali mediante impiego combinato tecniche a microonde, radiazione UV-Vis e ultrasuoni.
o Lo studio di tensione superficiale e viscosità di proteine e polimeri solubili in soluzione acquose mediante un rivelatore dinamico di tensione superficiale (DSTD).
o Lo studio conformazionale di proteine mediante spettroscopia infrarossa in trasformata di Fourier (FTIR)
o Lo studio di nuove procedure sperimentali per la sintesi di nanoparticelle metalliche colloidali mediante radiazione elettromagnetica .
o Le applicazioni della tecnica LIBS (laser induced breakdown spectroscopy) per l'analisi on-line del carbone per la produzione di energia e il monitoraggio on-line della composizione di metalli e leghe per applicazione a linee di produzione industriale in continuo
o Lo sviluppo di tecnologie di processing (reactive e reactor blending) di materiali a base polimerica di riciclo e/o scarti polimerici utilizzando prodotti chimici bio-compatibili e/o da fonti rinnovabili
o La preparazione e caratterizzazione di materiali (bio) polimerici fotoresponsivi, termo e fotostabilizzati mediante funzionalizzazione reattiva e/o dispersione di nanofiller multifunzionali per applicazioni nei settori dell' imballaggio, dell'automotive e dell'edilizia.
o La sintesi di nanofiller per reazioni scambio ionico con proprietà funzionali
o Lo studio della dispersione di nanocariche in matrici polimeriche
o Lo studio delle reazioni di post-modifica di polimeri e messa a punto delle tecniche di analisi spettroscopica per la determinazione del grado di funzionalizzazione
o La caratterizzazione termica e termomeccanica di materiali polimerici
o Lo sviluppo di metodi computazionali state-of-the-art (e loro distribuzione open source o implementazione in codici commerciali) per la progettazione in silico di celle solari fotoelettrochimiche (dye-sensitized solar cells, DSSC), lo studio di processo di trasferimento elettronico ed energetico, l' esplorazione di superfici di energia potenziale di sistemi complessi, lo studio di proprietà molecolari ottiche e chirottiche lineari e non-lineari, la simulazione di spettri vibrazionali e vibronici in sistemi di grande dimensione, lo studio di proprietà spettroscopiche di sistemi molecolari di interesse astrochimico e atmosferico di complessità crescente la parametrizzazione automatizzata di campi di forza.
o Lo sviluppo di protocolli computazionali multi-scala integrati per specifici dispositivi avanzati quali catalizzatori eterogenei a base di nano-particelle metalliche per il riciclo della CO2, polimeri smart e con proprietà ottiche modulabili, aggregati supramolecolari e multi-cromofori, interfacce 2D quali fra ossidi ultrasottili o grafene e superfici metalliche.
o Lo sviluppo di protocolli computazionali per lo studio della dinamica quantistica del trasferimento di protoni/idrogeno e di processi fotofisici e fotochimici in sistemi di interesse biologico: modelli per il DNA, la GFP e le melanine
o Lo sviluppo di metodi computazionali per la progettazione di piattaforme ibride organiche-inorganiche per lo sviluppo di dispositivi biomedici innovativi: biosensori (DNA-based), superfici di Si o TiO2 funzionalizzate, nanocluster metallici interfacciati con biomolecole, biomarcatori luminiescenti e polimeri maccanocromici
o Lo sviluppo e la sperimentazione di nuovi marcatori a base di materiali nanostrutturati per l'imaging medico e la diagnostica
o Lo sviluppo di strumentazione non invasiva e trasportabile per l'acquisizione di parametri chimico-fisici utili alla catalogazione di manufatti (ad esempio monete, monili, statuette) direttamente in situ, affiancando il lavoro dell'archeologo sul campo.
o Gli studi di dosimetria tramite misura con tecniche di spettroscopia di risonanza magnetica elettronica (EPR) dei danni indotti dalle radiazioni di neutroni e gamma.
o Gli studi e applicazioni di spettroscopia EPR della dinamica e delle proprietà magnetiche di radicali liberi (nitrossidi) inclusi in matrici nanostrutturate.
o Le applicazione della spettroscopia EPR nel campo della chimica dei materiali organici e inorganici, con particolare attenzione alle relazioni proprietà-struttura.
o L'utilizzo della spettroscopia EPR con tecniche di spin trapping per rilevare e identificare il metabolismo dei radicali liberi in sostanze chimiche tossiche, farmaci e biochimiche per svelare i meccanismi molecolari che portano allo stress ossidativo e relativo studio dei processi antiossidativi.
o La messa a punto e applicazione di tecniche spettroscopiche EPR e NMR, nonché nell'analisi dei dati spettroscopici sulla base di modelli teorici e/o statistici opportuni.
o La caratterizzazione della struttura e delle proprietà elettroniche di composti di metalli di transizione mediante tecniche spettroscopiche EPR in soluzione e in fase condensata e nello studio dell'organizzazione supramolecolare e della dinamica di sistemi biologici, quali proteine e membrane, mediante tecniche EPR di spin labeling e spin probing.
o Le applicazioni delle tecniche NMR multinucleari mono- e bi-dimensionali in soluzione, di tecniche di misura statiche o con rotazione all'angolo magico in fase condensata, per la caratterizzazione strutturale di materiali polimerici, materiali compositi, cristalli liquidi e membrane, e sistemi di interesse ambientale (suoli e materiali carboniosi).
o La misura l'analisi di tempi di rilassamento di spin nucleare a diverse frequenze per lo studio di dinamica molecolare in sistemi complessi in fase solida o liquida ed in materiali soft, e delle proprietà rilassometriche di materiali con potenziale applicazione come agenti di contrasto



Nelle UOS Bari di CNR-ICCOM infine, sono state accumulate negli anni competenze relative a numerosi processi di sintesi asimmetrica, con particolare riguardo alle ossidazioni enantioselettive di solfuri con diversi tipi di catalizzatori chirali, alla trasformazione stereo-controllata di intermedi chirali e alla preparazione di nuovi ausiliari di chiralità. Più di recente sono state acquisite competenze nel riconoscimento di interazioni deboli in fasi cristallina.
Sono inoltre da sottolineare l'esistenza di un'articolata esperienza nella progettazione e preparazione di composti organici sia polimerici che molecolari, con particolare attenzione ai nuovi materiali organici tecnologicamente avanzati, dotati di estesa coniugazione e proprietà di semiconduttore, per applicazione nella elettronica e nella fotonica. Di pari importanza è l'esistenza di una esperienza di livello nella modulazione e nel controllo delle proprietà optoelettroniche dei materiali organici attraverso la funzionalizzazione dello scheletro coniugato e nella sintesi e caratterizzazione di materiali organici fluoro-funzionalizzati dotati di particolari proprietà elettriche ed ottiche, oltre che di elevata resistenza chimica e termica.
Le competenze sintetiche riguardano in particolare la preparazione di tioli aromatici con geometria chelante per applicazione nel campo della self-assembly di superficie di elettrodi basati su metalli nobili in dispositivi di tipo OTFT (organic thin film transistor); di complessi dell'iridio, opportunamente funzionalizzati con gruppi elettron-attrattori , quali atomi di fluoro e gruppi solfonici, con emissione di luce modulabile in tutto lo spettro del visibile; di polimeri per il solare organico e la loro interazione con nanotubi di carbonio a singola parete per formare un sistema ibrido polimero/nanotubi che sotto forma di film sottile vengono usati per applicazione nel campo del fotovoltaico ibrido; di oligomeri coniugati per il solare organico, opportunamente funzionalizzato da poter essere legato mediante un legame covalente ad una proteina proveniente dal batterio fotosintetico Radobacter Sphaeroides R26 , per applicazione nel campo del fotovoltaico organico-biologico.
Sono quindi presenti ed utilizzabili competenze per la realizzazione di film sottili omogenei ed a spessore controllato su vari tipi di supporto quali ITO, quarzo, silicio, silice etc. sfruttando le tecniche di deposizione da soluzione, come spin-coating e casting, controllando la morfologia dei film sottili