adriano zecchina - nis
TRANSCRIPT
ADRIANO ZECCHINAADRIANO ZECCHINA3
Il Centro “Superfici ed Interfasi
Nanostrutturate”
(NIS
dall'acronimo
inglese) è un Centro di Eccellenza N
azionale che riu-
nisce un gruppo di ricercatori di area Chim
ica, Fisica e Biologica
dell'Università di Torino, nato nel m
arzo 2003 in seguito ad un complesso
processo progettuale e di valutazione. Si tratta di una associazione di ricercatori finalizzata allacollaborazione interdisciplinare nel cam
po delle nanotecnologie delle superfici e delle interfasi,attraverso la condivisione di risorse e con progetti di ricerca specifici. A circa due anni dall' iniziodell’attività proponiam
o con questa pubblicazione un conciso esame dell’attività svolta e dei
programm
i di sviluppo del Centro, avviato a trasform
arsi in un'istituzione scientifica stabile,inserita in m
odo sinergico nel contesto della ricerca industriale ed accademica della regione.
Il primo m
otivo di soddisfazione da sottolineare è quello riguardante le collaborazioni el'interdisciplinarità.
Lo sforzo
di unire
e valorizzare
attività di
ricerca fram
mentate
hacaratterizzato l'indirizzo del C
entro. La portata di questo sforzo si può verificare non solo daiprogram
mi scientifici, m
a anche dalle tipologie di borse di studio finanziate e dagli interventi perl’acquisizione di strum
entazione comune.
Il Centro ha una funzione locale ed una collocazione internazionale. La sua produttività
scientifica, misurata secondo gli standard bibliom
etrici internazionali, è un motivo di grande
soddisfazione. Il numero di pubblicazioni degli afferenti N
IS su riviste internazionali soggette apeer review
è significativo, e non ha uguali tra le istituzioni locali e nazionali dello stesso tipo.Q
uesta produzione si riflette in un'elevata partecipazione dei lavori dei nostri affiliati allavalutazione nazionale della ricerca realizzata recentem
ente dal CIVR
.
Lo sviluppo di una politica di organizzazione di una fitta rete di workshop (N
IS Colloquia) a
carattere nazionale ed internazionale è un secondo elemento di m
erito da evidenziare. Con
modeste risorse econom
iche ed un formato organizzativo originale, l’attività entusiasta di m
oltiafferenti al C
entro ha permesso di organizzare una serie di w
orkshop di alto livello scientifico cheha
attratto alm
eno 800
ricercatori, di
cui m
olti stranieri,
di altre
università italiane
edell’industria. Tale program
ma continuerà nel futuro con uguale intensità.
L'attività locale del Centro si realizza attraverso progetti propri, m
a anche con collaborazioni congli altri centri di ricerca e con le aziende del territorio. L'accresciuta visibilità dei laboratoriaccadem
ici coinvolti ed una linea di lavoro dedicata al trasferimento tecnologico, hanno portato
un forte impulso alle collaborazioni industriali, testim
oniato dal numero rilevante di contratti per
lo svolgimento di ricerche e servizi scientifici per le aziende. N
ella direzione del potenziamento
di questa attività si colloca inoltre l'apertura imm
inente di un laboratorio distaccato di ricercaapplicata presso il Tecnoparco del Lago M
aggiore a Verbania.
12
Indice
1. La struttura e il personale del Centro
pag.4
3. Collaborazioni industriali
pag8
4.Strumentazione e servizi
pag9
5.La Ricerca
pag12
6. Contributo N
IS alla valutazione CIVR
pag46
7.Scuole e conferenzepag
47
8.NIS C
olloquia pag
48
9. Il quadro economico
pag78
L'integrazione nel sistema regionale della ricerca è un nostro obiettivo prim
ario, ed ha trovatoattuazione
soprattutto attraverso
i progetti
di R
icerca Applicata
finanziati dalla
Regione
Piem
onte. In quell'ambito, il N
IS è il principale soggetto finanziato, attraverso progetti dicollaborazione cui partecipano i tre atenei del P
iemonte e num
erosi laboratori industriali.
Parim
enti, il Centro è parte attiva nella fase di avvio delle associazioni di coordinam
entopiem
ontese nel campo delle nanotecnologie e delle tecnologie dell'idrogeno.
Infine è da sottolineare il buon rapporto stabilito con la Com
pagnia S.Paolo che ha concesso al
NIS un finanziam
ento rilevante che permetterà al C
entro di proseguire la sua azione nei mesi a
venire. È intendimento di tutti gli aderenti di m
ostrare che questa fiducia della Com
pagnia è benriposta.
Molti aspetti dell'attività del centro non sono ancora soddisfacenti. Tra questi, cito solam
entel'inadeguatezza degli spazi, il ritardo nella realizzazione di nuovi laboraturi com
uni, ed i limiti
intrinseci imposti dalla nostra natura giuridica ed organizzativa. A tutti questi problem
i si stacercando di porre rim
edio, con fatica ma anche con entusiasm
o.
Pertanto noi tutti riteniam
o che questa esperienza debba continuare con forza perché essa haveram
ente rappresentato un salto di qualità, ancorché modesto e perfezionabile, nell’am
bito diun certo gruppo di discipline della nostra U
niversità. Con la docum
entazione che segue mi
propongo di argomentare queste conclusioni fornendo ai lettori un resoconto accurato e
stimolante della nostra attività.
Adriano Zecchina
LA STRUTTURA E IL PERSONALE7
PER
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TE DELL'U
NIVER
SITÀ
(i Dipartim
enti di appartenenza ed i recapiti sono disponibili all'indirizzo http://ww
w.unito.it)
6
LA STR
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E IL PER
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ALE di Elio G
iamello
Una analisi anche som
maria del personale afferente al C
entro di Eccellenza NIS fa em
ergere lanatura com
posita e interdisciplinare di questa struttura. Dai vari D
ipartimenti scientifici coinvolti
hanno aderito al NIS una settantina di unità di personale universitario strutturato e sono al
mom
ento attivi nell’orbita del Centro di Eccellenza altrettanti non strutturati suddivisi tra
Borsisti, Assegnisti (praticam
ente tutti Dottori di R
icerca) e studenti di Dottorato.
Il personale strutturato ha il suo nucleo quantitativamente più esteso nei D
ipartimenti chim
icidell’Ateneo m
a la partecipazione dei dipartimenti fisici, biologici e di neuroscienze è ben più di
una presenza occasionale. Il contatto e lo scambio di esperienze in seno al N
IS sono stati il puntodi partenza di una serie di azioni in collaborazione che sono l’elem
ento caratterizzante e la cifrapiù originale del C
entro di Eccellenza torinese.
La settantina
di persone
con contratti
a tem
po determ
inato costituisce
un insiem
e a
composizione variabile m
a la cui forza numerica tende a rim
anere costante nel tempo poiché le
persone in uscita sono quasi sempre sostituite da forze fresche in ingresso. La presenza di
studenti di dottorato (o “dottorandi”) è prevalente in questo insieme (circa il 65%
) e in questo ilN
IS ricalca la struttura e le prassi dei laboratori di ricerca dei paesi dell’Europa più sviluppatadove il dottorato è la fase cruciale della form
azione di un futuro ricercatore e, al contempo, il
mom
ento primario della produzione di nuova conoscenza. Q
uesto insieme di ricercatori giovani
(dottorandi e “post-doc”) con diversa formazione è la vera struttura portante della ricerca
scientifica in seno al NIS e ne costituisce la linfa vitale.
LA STR
UTTU
RA
DEL C
ENTR
O
Denom
inazione:
Centro di Eccellenza “Superfici ed Interfasi N
anostrutturate – Centre of Excellence
“Nanostructured Interfaces and Interfaces” (N
IS)
Natura giuridica:
Centro di Eccellenza ai sensi del D
.M. n.193 del 17/10/2003. La funzione legale ed
amm
inistrativa è esercitata dal Dipartim
ento di Chim
ica IFM dell'U
niversità degli Studi diTorino. Il finanziam
ento ministeriale di avvio term
ina nel Marzo 2007. A partire da quella data,
il Centro prenderà natura giuridica propria, ora in fase di definizione.
Istituzioni Affiliate:
Università di Torino: D
ipartimenti di C
himica I.F.M
., Chim
ica Generale e O
rganica applicata,N
euroscienze, Biologia Anim
ale e dell’Uom
o, Fisica Sperimentale, C
himica Analitica.
Università del P
iemonte O
rientale: Dipartim
enti Di.S.C
.A.F.F. e Di.S.T.A.
Organi e Incarichi:
Direttore (con funzioni di indirizzo), C
onsiglio Scientifico (funzione decisionale), Segretario ,C
oordinatori delle Linee di Ricerca.
Direttore:
Adriano Zecchina
Consiglio Scientifico:
Ermanno B
arni, Livio Battezzati*, Silvia B
ordiga, Emilio C
arbone*,Salvatore C
oluccia*, Elio Giam
ello*, Claudio M
anfredotti*, Claudio M
orterra*, Claudio M
inero,C
esare Pisani (con * sono indicati i coordinatori delle linee di ricerca).
Segretario: G
abriele Ricchiardi
Personale (A
prile 2006):
circa 65 docenti (Professori ordinari, associati e ricercatori), 8 Tecnici e circa 80 giovani
ricercatori in formazione (D
ottorandi, titolari di Borse di Studio, Assegnisti di R
icerca).
Professori O
rdinari:M
arcello BAR
ICC
OErm
anno BAR
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Flora BO
CC
UZZI
Livio BATTEZZATI
Emilio C
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Claudio M
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Lorenza OP
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Ezio PELIZZETTI
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Giuseppina R
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Professori A
ssociati:D
aniela ALLASIAVera B
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Ricercatori:
Paola B
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Pierangiola B
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Valentina BR
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aola CALZA
Silvia CASASSA
Giuseppina C
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Personale Tecnico e
Assistenti:
Angelo AGO
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Susanna ANTO
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Elena BO
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Ivana FENO
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LA STRUTTURA E IL PERSONALE9
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Chim
ica IFMC
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Biologia aninale e dell'uom
oC
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Fisica sperimentale
Dista- U
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Neuroscienze
Biologia aninale e dell'uom
oC
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Fisica sperimentale
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ediche – Unipm
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Biologia aninale e dell'uom
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DR
ARDR
D
RARD
RD
RD
RD
RD
RD
RD
RARAD
RD
RD
RD
RD
RD
R
Personale non strutturato
Elenchiamo il personale assunto a vario titolo
a tempo determ
inato. Include i beneficiari diB
orse di Studio, Assegni di Ricerca, e vari
altri tipi di contratto.
DR
Dottorando di R
icercaP
DB
orsa di Studio Post D
oc A
RAssegnista di R
icercaA
altroP
ersonale interamente a carico del C
entro NIS
Personale con stipendi cofinanziati dal C
entro NIS
Personale con stipendi di altre am
ministrazioni
Personale a C
arico di ASP (Associazione Sviluppo P
iemonte)
SEDE
Chim
ica IFMB
iol. animale e dell'uom
oC
himica IFM
Discaff - U
nipmn
Chim
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himica IFM
Chim
ica IFMC
himica IFM
Chim
ica IFMC
himica IFM
Chim
ica IFMD
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nC
himica IFM
Discaff - U
nipmn
Fisica sperimentale
Chim
ica IFMC
himica IFM
Chim
ica IFMFisica sperim
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himica IFM
Scienze mediche – U
nipmn
Chim
ica IFMC
himica IFM
Chim
ica IFMFisica sperim
entaleC
himica IFM
Fisicasperimentale
Chim
ica IFMC
himica IFM
Biol. anim
ale e dell'uomo
Chim
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AC
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OA
Chim
ica IFMC
himica IFM
Chim
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Scienze mediche – U
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11
LE PR
INC
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ATTO:
BU
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ICEM
SpAm
ultinazionale nel campo del cem
ento e dei materiali da costruzione, collabora con il N
IS alloscopo di sviluppare m
ateriali innovativi basati su funzionalità catalitiche: materiali cem
entiziautopulenti e con proprietà di fotodegradazione di inquinanti.
OZELLA
SpAm
ultinazionale leader nel settore del tessile avanzato, prodotto a partire da fibre di carbonio;collaborazione intesa a sviluppare m
etodi di sintesi e caratterizzazione di due principalicategorie di com
positi: carbonio/carbonio e para-aramide/carbonio. Tali m
ateriali compositi,
realizzati mediante crescita catalitica di nanofibre costituiscono le tem
atiche sviluppatenell’am
bito del finanziamento di un dottorato di ricerca e di una borsa si studio annuale.
ASSO
CIA
ZION
E TESSILE E SALU
TEente non-profit, nato da un progetto di C
ittà Studi, Asl 12 e CN
R, che si propone com
e puntodi incontro tecnico scientifico tra m
ondo della ricerca, produzione, sanità e associazioni diconsum
atori nel campo del distretto tessile biellese. Finanzia una borsa di D
ottorato diricerca finalizzata allo studio di m
ateriali innovativi nel settore tessile che permettano la
realizzazione di prodotti tessili con funzionalità non tradizionali (“smart textiles”).
AC
ETATI ITALP
ET SpAcollaborazione m
irata allo studi di stabilizzanti per applicazioni avanzate dell’acetato dicellulosa, ed al m
iglioramento dei processi produttivi. La collaborazione si avvale della sede
distaccata del NIS presso il Tecnoparco di Verbania (N
ISLabVCO
)
BIA
LETTISpAcollaborazione m
irata alla comprensione degli aspetti m
etallurgici dei processi produttivi, edallo studio di fenom
eni di corrosione.
IL CEN
TRO
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LLAB
OR
A IN
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E CO
N:
•C
entro Ricerche Fiat, O
rbassano (TO): collaborazione per un dottorato
•Zim
mer Inc., W
arsaw, IN
, USA su “Abrasione di U
HM
WP
E” per impianti ortopedici
•A
hlstrom Turin SpA
su “Produzione e caratterizzazione di nanofibre”
•ITT Industries, G
alfer Srl, Barge (C
N) su “C
aratteristiche dei materiali per attrito del
settore automotive in relazione a fenom
eni di disc-scoring”
•W
olframcarb SpA
, Castellam
onte (TO), su "Alligazione m
eccanica nel sistema Fe-W
"
•Fonderia artistica D
e Carli, R
ivalta (TO), su “M
essa a punto di un sistema di colata sotto
vuoto per manufatti artistici”
10
LE CO
LLAB
OR
AZIO
NI IN
DU
STRIA
LI di Ugo Finardi
L’impegno per il trasferim
ento tecnologico delle conoscenze scientifiche di base dal mondo della
ricerca a quello della produzione industriale è fondamentale per il C
entro di eccellenza NIS. Le
nanotecnologie delle
superfici trovano
infatti applicazioni
in svariati
settori dell'industria
manifatturiera. C
iò è vero non solo nei settori ad alta tecnologiama anche in settori tradi-
zionalmente considerati m
aturi o a bassa tecnologia, quali la produzione e la trasformazione dei
materiali m
etallici e polimerici, o dei m
ateriali da costruzione.
Fin dalla fondazione, il Centro persegue l'intensificazione delle collaborazioni di ricerca tra i
propri affiliati e le aziende. Gli strum
enti principali di questa attività sono la partecipazione abandi di finanziam
ento per la ricerca industriale, la realizzazione di iniziative di sensibilizzazionein collaborazione con Associazioni di C
ategoria e Cam
ere di Com
mercio ed una capillare attività
di coinvolgimento di laboratori industriali nelle iniziative scientifiche di carattere pubblico (ad
esempio i sem
inari NIS C
olloquia). Al trasferimento Tecnologico è dedicata una delle sei Linee di
Ricerca del C
entro, coordinata dal Prof. Salvatore C
oluccia.
STRU
MEN
TAZIO
NI E SER
VIZI
Il Centro N
IS opera sia supportando laboratori esistenti che gestendo laboratori propri,com
uni a tutti gli afferenti. Questa m
odalità ha permesso al C
entro di operare conefficacia
e costi
ridotti, valorizzando
il parco
delle strum
entazioni pre-esistenti
econsentendo significative nuove acquisizioni.
La maggior parte dei laboratori associati sono collocati nell’area delle Facoltà scientifiche
sull’asse di Corso M
assimo d’Azeglio a Torino. Anche i nuovi laboratori com
uni sono statiallestiti in quest’area, (Via M
ichelangelo 32), che rappresenta un vero e proprio “campus
urbano”. Alcune strumentazioni del C
entro sono inoltre ospitate presso l’Incubatoredell’U
niversità di Torino in Via Quarello (M
icroscopio elettronico TEM). E’ inoltre in corso
di realizzazione l’apertura di un laboratorio presso il Tecnoparco del Lago Maggiore a
Verbania (Loc. Fondotoce).
I Laboratori
I Laboratori afferenti al NIS sono ospitati presso i seguenti D
ipartimenti:
1D
ipartimento di C
himica IFM
2D
ipartimento di C
himica G
enerale ed Organica A
pplicata
3D
ipartimento di C
himica A
nalitica
4D
ipartimento di Fisica Sperim
entale
5D
ipartimento di N
euroscienze
6D
ipartimento di B
iologia Anim
ale e dell'Uom
o
7D
iSTA, U
niversità del Piem
onte Orientale
8D
iSCAFF, U
niversità del Piem
onte Orientale
Cui si aggiungono i laboratori laboratori com
uni di Via Michelangelo 32 (Lab. N
IS).
Sintesi e reattività•
Laboratorio di sintesiorganica avanzata (D
ip.2, Lab. N
IS)•
Laboratorio di sintesi sol-geldi m
ateriali (Dip. 8, Lab. N
IS)•
Laboratori di sintesi di filmsottili e coating: C
VD;
•D
ip-coating; evaporazionesottovuoto (D
ip. 1,2,3,4, Lab. N
IS)•
Laboratorio di metallurgia e
preparazione di vetri metallici
(Dip. 1, Lab. N
IS)•
Laboratori di catalisi efotocatalisi (D
ip.1,3, Lab. NIS)
•Laboratorio di trattam
entiradiativi dei m
ateriali (Dip. 2,4)
•Laboratorio di biologia
molecolare e cellulare con
dispositivi per PC
R e
amplificazione m
RN
A e cD
NA
(Dip. 5,6)
Analisi strutturali
•D
iffrattometri da polveri e da
cristallo singolo (Dip. 1)
•M
icroscopia elettronica(H
RTEM
e SEM) (D
ip.1) •
Microscopia a forza atom
ica(A
FM) (D
ip.1,4, Lab. NIS)
Spettroscopie •
Infrarossa: spettrofotometri
FTIR che coprono l'intero
campo spettrale da 15000 a
100 cm-1. P
ossibilità di misura
in atmosfera controllata ed a
temperatura variabile (12 K
-300 K
). Modalità di
acquisizione in trasmissione,
riflettanza e HATR
. (Dip.1,2,3,8
Lab. NIS)
•R
aman: spettrofotom
etri consorgenti LA
SER nel vicino
infrarosso (FTIR-R
aman),
nel visibile e nell’Ultravioletto
(Dip.1,4,8 Lab. N
IS)•
UV-vis e N
IR in
assorbimento e in em
issione(lum
inescenza): spettrometri
in trasmissione, in riflettanza
ed in emissione
(Dip. 1,2,3)
•EP
R (D
ip. 1)•
XPS (D
ip. 4)
Analisi term
ica-calorimetrica
•M
icrocalorimetria (D
ip.1,7:m
icrocalorimetri C
alvet) •
Analisi term
ica (TG, D
TA,
DSC
a bassa ed altatem
peratura) (Dip.1,2)
Modellistica
•Sviluppo di codici per la
simulazione quantom
eccanicadei solidi (D
ip.1)•
Chim
ica computazionale e
grafica molecolare
(Dip.1, Lab. N
IS)•
Termodinam
ica didiagram
mi di fase ( D
ip.1)
Altre tecniche di
caratterizzazione•
Tensiometria (D
ip. 2, 3)•
Crom
atografie analitiche epreparative (D
ip. 1, 2, 3,Lab. N
IS)Spettrom
etrie di massa
(Dip. 2,3, Lab. N
IS)•
Analisi dinam
ico-meccanica
dei materiali ( D
ip.1)•
Conducibilità e
fotoconducibilità ( Dip.2)
•LA
SER light scattering
(Dip. 3)
•U
nità di patch clamp per
misure di corrente e voltaggio
da singole cellule (Dip. 5,6)
LE COLLABORAZIONI INDUSTRIALISTRUMENTAZIONI E SERVIZI
STRUMENTAZIONI E SERVIZI
1213
I Servizi
I laboratori del NIS offrono non solo servizi di ricerca m
a anche di sintesi, analisi e misura.
In particolare, mettono strum
entazioni avanzate a disposizione sia delle aziende che nonpossiedono laboratori propri sia di altri centri di ricerca. La fornitura di servizi è regolata daapposite convenzioni con i D
ipartimenti interessati.
Il NIS fornisce inoltre un servizio di analisi bibliografica e brevettale prelim
inare, e di reperimento
delle competenze necessarie allo svolgim
ento di studi e misure, sia all’interrno del C
entro chepresso altri laboratori italiani ed esteri associati (ad esem
pio altri laboratori INSTM
, o laboratorieuropei del N
etwork ID
ECAT). Alcuni laboratori appartenenti al N
IS hanno ottenuto la qualificadi C
entro Nazionale di R
iferimento IN
STM, ricevendo supporto anche finalizzato al pooling
delleattrezzature e delle com
petenze.
Servizi di sintesi• Sintesi O
rganica di composti a richiesta
• Separazione di composti organici per
cromatografia liquida su colonna.
• Sintesi di materiali inorganici
• Sintesi di materiali carboniosi
• Preparazione di catalizzatori eterogenei
• Preparazione di leghe m
etallichecristalline ed am
orfe• Sintesi di C
oatings CVD
, idrotermali o a
base polimerica.
Servizi di analisi• M
isure di Tensione Superficiale di tensioattivi: determinazione attività
superficiale, della concentrazione critica micellare
• Misure di conducibilità di soluzioni acquose, ad esem
pio: conc. criticam
icellare di Tensioattivi • M
isure di Tensione Interfacciale tra olio ed acqua.• A
nalisi Gascrom
atografica con Spettrometria di M
assa, peridentificazione di com
posti organici• Spettrom
etria di Massa con introduzione diretta del cam
pione, peridentificazione di com
posti organici.• R
accolta di spettri infrarossi in modalità ATR
(Attenuated Total
Reflectance) per l’identificazione di com
posti organici da soli e adsorbitisu m
atrice solida. • M
isure di fluorescenza di composti organici da soli e in form
ulato.• Spettroscopia M
icro-Infrarossa con possbilità di registrazione dim
appe• C
aratterizzazione delle proprietà acide, basiche, redox di materiali ad
alta area superficiale: studio spettroscopico dell’ interazionesuperficie/m
olecole sonda in condizioni di temperatura (12 - 500 K
) e pressione (10 -3
– 10 2m
bar) controllate.• M
isura di spettri Ram
an con sorgenti eccitatrici multiple nell’infrarosso,
visibile ed ultravioletto. Spettroscopia Ram
an Risonante e SER
S.• C
aratterizzazione di materiali ad alta area superficiale per stoccaggio di idrogeno.
• Misure “in situ” di reattività superficiale con identificazione degli interm
edi e deiprodotti di reazione: abbinam
ento di tecniche spettroscopiche a misure di
spettrometria di m
assa• C
aratterizzazione di pigmenti e di proprietà ottiche di m
ateriali • C
aratterizzazione gemm
ologica tramite m
isure spettroscopiche• C
aratterizzazione delle proprietà vibrazionali di specie in soluzione acquosa • Identificazione di specie radicaliche tram
ite spettroscopia EPR
,• Studio di reattivita di specie superficiali param
agnetiche• Studio di specie difettive nei solidi ed in superficie • M
isure di spin-trap• C
aratterizzazione atomicam
ente selettiva di specie superficiali, di bulk, e in film: m
isure XAFS con
luce di Sincrotrone in assorbimento ed in fluorescenza in condizioni di pressione tem
peraturacontrollate.• D
eterminazioni strutturali da polveri e da cristallo singolo con tecniche diffrattom
etriche convenzionalie con Luce di Sincrotrone. • D
eterminazione diffrattom
etrica di: tessiture, orientazioni preferenziali, dimensioni di particelle ,
frazione di cristallinità in materiali vetrosi.
• Analisi diffrattom
etrica di film sottili
• Affinam
ento di strutture • M
icroscopie elettroniche SEMe TEM
: analisi morfologica
e strutturale di materiali ossidici, m
etallici, molim
erici,m
ateriali compositi
• Caratterizzazione delle proprietà di adsorbim
ento e diidrofilicità/idrofobicità
di m
ateriali e
polveri; tram
ite:M
isure volum
etriche, m
icrocalorimetriche
e
termogravim
etriche• C
alorimetrie di adsorbim
ento, TGA
, TPD
, TPR
/TPO
• Testing di reazioni catalizzate in reattore a letto fisso • A
nalisi della frattura dei materiali
• Studio di strati di cementazione di leghe
• Analisi delle porosità nei getti di colata
• Definizione di trattam
enti termici di leghe m
etalliche• M
isure di resistenza alla trazione e compressione
• Misure di term
ostabilità di materiali polim
erici• Set-up di patch-clam
p per misure elettrofisiologiche
• Analisi delle proprietà cellulari a livello di singola proteina
• Test di effetti biologici di farmaci, tossine, etc .
• Misure su singole cellule m
ediante Patch-C
lamp: correnti ioniche, attività
di singoli canali, segnali pre- e post-sinaptici• Studio di m
odelli di “Lab on-chip”: interfaccia neurone-FET di silicio• A
nalisi di imm
agine statica: caratterizzazione cellulare con anticorpi fluorescenti.• A
nalisi di imm
agine dinamica: uso di sonde fluorescenti per caratterizzazione
dell'evoluzione temporale di singoli param
etri biochimici e biofisici.
• Analisi chim
iche superficiali (ESCA
-XPS)
• Analisi com
posizionali e di elementi in traccia m
ediante spettroscopia gamm
a• C
aratterizzazione elettronica (IV-CV in tem
peratura, fotoconducibilità) di materiali e
dispositivi a semiconduttore
Servizi di Calcolo
• S
imulazione
dell’interazione
materiali-adsorbati
contecniche di m
olecular modelling
• Simulazione di diagram
mi di fase
• Simulazione ad elem
enti finiti di proprietà meccaniche e
termo/fluidodinam
iche.
Servizi di Docum
entazione•
Accesso
full-text ai
principali database
bibliografici in
campo scientifico.
• Scouting tecnologico e analisi della letteratura scientifica,tecnica e brevettale.• A
nalisi e valutazioni bibliometriche della produzione scien-
tifica.
INN
OVA
ZION
E NEI M
ATERIA
LI META
LLICIIl term
ine nanoscienza non si riferisce solo a materiali o strutture che sono estesi a dim
ensione0 ( dots, singole m
olecole), dimensione 1 (w
ires, filari), dimensione 2 (superfici) m
a si applicaanche a m
ateriali estesi in 3 dimensioni cioè m
ateriali massivi, com
e i metalli, al fine di sviluppare
nuovi materiali e tecnologie di produzione. Si tratta di contribuire all’innovazione di settori
industriali, quale quello metallurgico, che attualm
ente possono essere definiti “a tecnologiam
atura”, con prodotti ad elevato valore aggiunto, per renderli più competitivi.
Nell’am
bito del NIS è stato sviluppato un piano di ricerca su m
ateriali metallici m
assivinanostrutturati e sui relativi processi di produzione. Sono state m
esse a punto tecniche disolidificazione rapida per ottenere l’affinam
ento delle microstrutture fino alla form
azione di leghevetrose,
elaborate nuove
leghe e
messi
a punto
trattamenti term
ici con controllo della microstruttura
a livello
nanometrico.
Vengono prese
in esam
ediverse
tipologie di
leghe circa
le quali
sonopresentati
alcuni risultati
nelle figure
seguenti.D
ettagli possono
essere reperiti
nella bibliografia
allegata o prendendo contatto con i ricercatori del NIS.
Le proprietà di magnete dolce delle leghe ferrose possono
essere ottimizzate producendo fogli am
orfi di opportunacom
posizione ed
inducendo la
precipitazione di
nanocristalli di Fe nella matrice vetrosa. Sono orm
ai benavanzati studi sulla chim
ica delle leghe e sul controllo dellareazione di precipitazione.
Applicando questa tecnologia a leghe di Al, si possono produrre foglisottili o ricoprim
enti aventi proprietà meccaniche del tutto inusuali per
le leghe di Al: carichi di snervamento fino a 800 M
Pa nel materiale
vetroso e fino a 1500 MPa dopo parziale cristallizzazione. Le durezze
sono parimenti elevate e com
portanobuona resistenza all’usura.
Gli
articoli di
gioielleria devono
presentare una
elevata finitura
superficiale per il loro intrinseco uso evalore com
merciale e per ottem
perareai requisiti di design. E’ in corso distudio una lega di Au a 18 carati la cuicom
posizione perm
ette di
effettuareuna
trasformazione
di fase
di tipo
martensitico. La lega è classificabile
tra le leghe a mem
oria di forma. M
ediante la trasformazione si
producono sfaccettature
superficiali che
conferiscono al
materiale un effetto di luccichio non ottenibile con m
etodi difinitura superficiale tradizionali.
Lo studio
della solidificazione
delle leghe
implica
ladescrizione delle interfacce solido-liquido in funzione dellacom
posizione della
lega, delle
sue proprietà
(temperatura
e calore
di fusione)
e dei
parametri
diprocesso (velocità di raffreddam
ento, temperatura del fuso). Il
problema viene affrontato con esperim
enti su leghe modello
e con l’elaborazione di un software di sim
ulazione.
14
Distribuzione om
ogenea di nanocristalli di Fe inm
atrice vetrosa.
Sfaccettature superficiali in una lega di Audopo trasform
azione martensitica
Dendriti di C
o sviluppatesi nel corso dellasolidificazione in una lega C
o-Cu. La
morfologia è m
esse in evidenza mediante
attacco elettrochimico selettivo del C
u.
Grappoli di nanocristalli di Al
in matrice vetrosa a seguito di
nucleazione controllata dellafase cristallina
15
La Ricerca
Le sezioni seguenti propongono una panoramica ragionata della produzione scientifica del
Centro N
IS, suddivisa per aree tematiche e corredata della bibliografia prodotta fino al m
ese diM
aggio 2006.
La bibliografia è limitata alle pubblicazioni su riviste classificate ISI (cioè soggette a peer review
),che portino esplicitam
ente l'affiliazione NIS. La banca dati dei prodotti della ricerca del N
IS,costantem
ente aggiornata e contenente anche i prodotti qui omessi, è disponibile all'indirizzo:
http://ww
w.nis.unito.it/research.htm
l
Sezioni:
I prodotti della Ricerca
1.Innovazione nei M
ateriali Metallici
2. M
etodi per la modellizzazione di M
ateriali e Superfici
3.Fisica dello Stato Solido: Sem
iconduttori, Superconduttori
4.C
himica delle Superfici
5.H
2 : adsorbimento, dissociazione e stoccaggio
6.C
atalizzatori nanostrutturati
7. M
ateriali e Molecole Fotoattive
8.C
himica M
acro e Supra-molecolare
9.B
iocompatibilità e tossicità dei M
ateriali
10.Biofisica e neurochip
11.Accesso alle grandi Infrastrutture
12.N
uove linee di lavoro
13.Progetti internazionali
Il sistema regionale della R
icerca
14.Progetti R
icerca Applicata
15.P
iemonte N
anotech
16.P
iemonte Idrogeno
17.N
isLabVCO
LA RICERCA
17
22.
23.
24.
25.
26.
27.
28.
29.
30.
31.
32.
33.
34.
35.
36.
16
L. Battezzati, M
. Baricco, M
. Kusy’, M
. Palum
bo, P. Rizzi, V. R
ontò, A
morphisation and D
evitrification of Al -Transition M
etal - Rare Earth A
lloys,M
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orphous Al87 N
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d70 Fe20 Al10 ,
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hase Diagram
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odelling of primary bcc-Fe crystal grow
th in a Fe85 B
15am
orphous alloy, A
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70 Fe20 A
l10 bulk metallic glasses,
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and Magnetic M
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1.
2.3.4.5.6.7.8.9.
10.
11.
12.
13.
14.
15.
16.
17.
18.
19.
20.
21.
I PRODOTTI DELLA RICERCA
M. P
alumbo, C
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attezzati, N
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onto’, A
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elts and resistance to crystallisation, in
"Properties
and A
pplications of
Nanocrystalline
Alloys
from
Am
orphous P
recursors", B
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On different m
echanisms of prim
ary crystallisation in Al-N
i-La-Zr amorphous alloys,
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pplications of Nanocrystalline A
lloys from A
morphous P
recursors", B
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attezzati, C. P
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K. M
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icci, S. Seetharaman,
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ophysical properties of liquid metallic alloys in a ground- and m
icro-gravitybased research program
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attezzati, R. B
rooks, I. Egry,H.-J. Fecht, J.-P. G
arandet, K.C
. Mills, A
. Passerone, P.N
.Q
uested, E. Ricci, S. Schneider, S. Seetharam
an, R.K
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easurement of therm
ophysical properties of liquid metallic alloys in a ground- and m
icrogravitybased research program
me
- The ThermoLab project,M
icrogravity Science and Technology 15 (1),(2005), 7R
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rooks, I. Egry,H.-J. Fecht, J.-P. G
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oLab project,Microgravity Science and Technology/ 15 (1), (2005) 11
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rooks, K. M
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etastable Co–Cuand Co–Cu–Fe phase diagram
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D-C
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Solidification and Gravity
TRA
NS TEC
H P
UB
LICATIO
NS LTD
, Zurich-Uetikon, 2006, p. 591.
1
METODI PER LA M
ODELLIZZAZIONE
DI MATERIALI E SU
PERFICILa rapidissim
a crescita della tecnologia nel settore del computing
ha permesso uno sviluppo
enorme nel cam
po della simulazione dei sistem
i fisici a tutte le scale dimensionali: dalla
meteorologia alle nanotecnologie.
La disponibilità di supercalcolatori ha a sua volta dato un impulso allo sviluppo anche di
programm
i dedicati allo studio delle proprietà strutturali e di reattività di sistemi m
olecolarisem
pre più complessi e di solidi, sia cristallini che am
orfi.
I codici di calcolo attualmente disponibili sono m
olteplici especifici per descrivere le proprietà di solidi, superfici, m
olecole,sistem
i molto com
plessi come gli enzim
i.
La ricerca in questo settore si articola su due fronti: da una parteverso lo sviluppo della teoria, degli algoritm
i e dei programm
i,dall’altra si indirizza verso l’utilizzo di questi program
mi per
descrivere i materiali di interesse fondam
entale o tecnologico alfine
di com
prenderne o
prevederne le
proprietà. Studi
modellistici
possono avere
un ruolo
fondamentale
nellacom
prensione di una struttura cristallina e delle sueproprietà sia vibrazionali che elettroniche, aiutare
a comprendere la reattività di siti specifici nei con-
fronti di
molecole,
seguire il
profilo di
unareazione chim
ica, e molto altro ancora. La
possibilità di
eseguire un
esperimento
“virtuale” controllando in maniera precisa le
condizioni in
cui esso avviene,rappresenta
unostrum
ento sempre più potente
e diffuso per supportare lacom
prensione dei
fenomeni
naturali e tecnologici.
C. P
isani, M. B
usso, G. C
apecchi, S. Casassa, R
. Dovesi, L. M
aschio, C. Zicovich-W
ilson, M. Schutz,
Local-MP
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J.G. Vitillo, A
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Theoretical characterization of dihydrogen adducts with alkaline cations,
Journal of Chem
ical Physics 122 (2005) A
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Rim
ola, S. Tosoni, M. Sodupe, P. U
gliengo, P
eptide bond formation activated by the interplay of Lew
is and Bronsted catalysts,
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S. Agnoli, M. Sam
bi, G. G
ranozzi, J. Schoiswohl, S. Surnev, F.P. N
etzer, M. Ferrero,
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onolayer phase of nickel oxide onP
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. Zicovich-Wilson, P. U
gliengo, R. O
rlando, R. D
ovesi,Vibrational spectrum
of brucite, Mg(O
H)2 : a periodic ab initio quantum
mechanical calculation
including OH
anharmonicity,
Chem
ical Physics Letters 396 (2004) 308.
Di Valentin, G
. Pacchioni, A
. Selloni, S. Livraghi, E. Giam
ello, C
haracterization of paramagnetic species in N
-doped TiO2
powders by EP
R spectroscopy and
DFT calculations,
Journal of Physical C
hemistry B
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H3
and H2 O
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NIO
M approach w
ith periodiccalculations,Journal of P
hysical Chem
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Molecular P
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uantum m
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hemical P
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usco, B. C
ivalleri, C.M
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Carbon m
onoxide adsorption on alkali and proton-exchanged chabazite: an ab-initio periodicstudy using the C
RYSTA
L code,M
olecular Physics 103 (2005) 2559.
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erawa, P. Labeguerie, S. Tosoni, R
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Infrared spectra of hydrogen-bonded ionic crystals: Ab initio study of M
g(OH
)2and beta-B
e(OH
)2 ,Journal of P
hysical Chem
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Electronic structure and morphology of M
gO subm
onolayers at the Ag(001) surface: A
n ab initiom
odel study, P
hysical Review
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imola, S. Tosoni, M
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Does silica surface catalyse peptide bond form
ation? New
insights from first-principles
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hemP
hysChem
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An ab initio periodic study of N
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hysical Chem
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An ab initio periodic study of N
iO supported at the Pd(100) surface. Part 2: The nonstoichiom
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i3 O4 phase,
Journal of Physical C
hemistry B
110 (2006) 7918.J. Scaranto, G
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arrison, A
quantum-m
echanical study of the vinyl fluoride adsorbed on the rutile TiO2 (110) surface,
Surface Science 600 (2006) 305.
1.
2.3.4.5.6.7.8.9.
10.
11.
12.
13.
14.
15.
16.
17
1819
Metodi Ab-Initio (approccio a
cluster o periodico), semiem
pirici
Meccanica M
olecolare
I PRODOTTI DELLA RICERCA2
21
FISICA DELLO STATO SOLIDO:SEM
ICONDU
TTORI, SUPERCON
DUTTORI
La resistenza elettrica di un materiale è una delle grandezze fisiche che può assum
ere unintervallo di valori estrem
amente am
pio, passando dagli isolanti (diamante) ai superconduttori
(YBC
CO
, BiSC
CO
). Nel m
ezzo della scala vi sono i materiali sem
iconduttori, importanti nel cam
podell’elettronica e dell’optoelettronica.
La funzionalizzazione di materiali com
e il diamante perm
ette la realizzazione di dispositivi ingrado di lavorare com
e dosimetri nel cam
po della radioprotezione e capaci di simulare m
oltobene la dose di radiazione assorbita dal corpo um
ano.
L’adsorbimento/desorbim
ento di molecole quali l’am
moniaca è in grado di m
odificare lecaratteristiche elettroniche del silicio poroso trasform
andolo reversibilmente da sem
iconduttoredrogato p
a semiconduttore drogato n.
Esperimenti di assorbim
ento, diffrazione e fluorescenza di raggi X, con risoluzione spazialedell’ordine del m
ilionesimo di m
etro, hanno permesso di m
ettere in evidenza fenomeni di
mobilità ionica nel sistem
a supercondutore BiSC
CO
, permettendo di com
prendere il fenomeno
di invecchiamento del m
ateriale.
Materiali tipo SrC
oO2.5+x
SrFeO2.5+x , in grado di m
odulare il loro contenuto di ossigeno da x=0 ax=0.5, sono im
portanti nel campo delle batterie a stato solido e com
e serbatoi di ossigeno per lecelle a com
bustibile. Esperimenti di diffrazione di neutroni e di assorbim
ento a raggi X condotti“in situ” durante la fase di caricam
ento di ossigeno del materiale (SrC
oO2.5
- SrCoO
3.0 ) hannoperm
esso di comprendere l’evoluzione del sistem
a.
E.Vittone, V.Rigato, P.O
livero, F.Nava, C
.Manfredotti, A.LoG
iudice, Y. Garino, F.Fizzotti,
Temperature dependent IB
IC study of 4H-SiC Schottky diodes, N
uclear instruments &
methods in
physicsSection B
– Beam
interactions with m
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anfredotti, A. Lo Giudice, C
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-Chem
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iudice, F. Fizzotti, C. M
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ion diffusion
at room
tem
perature in
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Bi2 Sr
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u208+∂
superconductor, Applied Physics Letters 86 (2005).
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ucella, G. Verona-R
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ecent IBIC m
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diamond,
Diam
ond and Related M
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eH4: a quadrupole ion trap study,
Rapid C
omm
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etry 19 (2005) 1963.M
anfredotti, CVD diam
ond detectors for nuclear and dosimetric applications,
Invited lecture presented at Diam
ond 2005- International Conference on D
iamond and W
ide Band G
apM
aterials, Diam
ond and Related M
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alducci, M. Jaksic, A. Lo G
iudice, C. M
anfredotti, Marco M
arinelli, S. Medunic, G
. Pucella and G
.Verona-R
inatiR
ecent IBIC m
easurements on epitaxial CVD
Diam
ondD
iamond and R
elated Materials 14 (2005)1988.
Vittone, V. Rigato, P. O
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. Manfredotti, A. LoG
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Temperature dependent IB
IC study of 4H-SiC Schottky diodes, N
uclear Instruments &
Methods in
Physics R
esearchSection B
-Beam
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Vittone, P. Olivero, F. N
ava, C. M
anfredotti, A. Lo Giudice, F. Fizzotti, G
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IC analysis of GaA
s Schottky diodes, Nuclear Instrum
ents & M
ethods in Physics R
esearchSection B
-Beam
Interactions with M
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. Prestipino, A. Agostino,
Evidence of
Ion D
iffusion at
Room
Tem
perature in
Microcrystals
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Bi2 Sr
2 CaC
u208+d
Superconductor, ESRF H
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xidation on CVD diam
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ond indiagnostic x-ray dosim
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the irradiation dose,Chem
ical Vapor Deposition 12 (2006) 25.
L. Operti, R
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Gas-phase ion chem
istry in organometallic system
s, M
ass Spectrometry R
eviews 25 (2006) 483.
1.
2.3.4.5.6.7.8.9.
10.
11.
12.
13.
14.Evidence of Ion D
iffusion atR
oom Tem
peraturein M
icrocrystals ofthe B
i2 Sr2 CaC
u2 O
8Superconductor
15.
16.
17.
I PRODOTTI DELLA RICERCA3
20
CHIM
ICA DELLE SUPERFICI
In molti casi, le proprietà dei pochi atom
i situati sullasuperficie dei m
ateriali sono quelle che determinano le
caratteristiche macroscopiche di un m
ateriale. È questo il cam
po dei fenomeni di adesione, corrosione,
attrito, catalisi eterogenea e molti altri ancora.
Poiché il num
ero di atomi collocati sulla superficie
rappresenta una frazione irrisoria (fra un milionesim
oed un m
iliardesimo) del num
ero totale di atomi, in
genere per il loro studio si sono sviluppate tecnichespecifiche che richiedono apparecchiature di ultra altovuoto
(un m
illesimo
di m
iliardesimo
di atm
osfera)estrem
amente sofisticate, di grandi dim
ensioni e costi.N
ell’ambito
dei gruppi
di ricerca
del N
IS si
sonoviceversa sviluppate m
etodologie di analisi in grado diessere
specificatamente
sensibili agli
atomi
disuperficie ed in grado di operare in condizioni di vuotopiù m
odesto (un milionesim
o di atmosfera) e quindi a
costi più
contenuti. È
il cam
po delle
spettroscopievibrazionali (IR
, Ram
an, UV-VIS, EP
R,...) in atm
osferacontrollata.
Un possibile approccio consiste nel ricorrere all’uso di
molecole sonda che interagiscono esclusivam
ente congli atom
i di superficie e di seguire, tramite tecniche
spettroscopiche, la loro reattività. Per questo tipo di
esperimenti risulta fondam
entale disporre di sistemi di
controllo della pressione e della temperatura.
Un’alternativa a questa strategia prevede di “drogare”
solo la
superficie con
specie che
siano le
unichem
isurabili dalla tecnica in uso. Un tipico esem
pio èrappresentato da specie param
agnetiche misurabili con
tecniche di risonanza di spin elettronico (EPR
).
Strati sottili (1-10 strati atomici) di M
gO o N
iO cresciuti
epitassialmente su A
g(100) mostrano una struttura a
bande modificata rispetto al “bulk”, trasform
ando ilm
ateriale da isolante a semiconduttore.
M. C
hiesa, M.C
. Paganini, E. G
iamello,
Bidim
ensional solvation and delocalisation of electrons at the surface of an insulating oxide: The role of surface hydroxyl groups on M
gO,C
hemP
hysChem
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roppo, C. P
restipino, C. Lam
berti, R. C
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'Addato,
OK
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epilayers deposited in situ on Ag(001),
Physical R
eview B
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onoxide MgO
from dispersed solids to single crystals: a review
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xide Based M
aterials: New
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ith CD3CN
adsorption: Can Si atoms act as Lew
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ew A
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ocina, E.N. G
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roppo, C. Lam
berti, N
ew frontier in transm
ission IR spectroscopy of m
olecules adsorbed onhigh surface area solids: Experim
ents below liquid nitrogen tem
perature,C
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aganini, E. Giam
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+)(e(-)) pairs stabilized on thesurface of O
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hemphyschem
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ertinetti, A. Tam
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artra, S. Coluccia,
Punctual investigation of surface sites of H
A and m
agnesium-H
A,
Journal of the European Ceram
ic Society 26 (2006) 987.
2322
04
Microcristalli di M
gO al m
icroscopio HR
TEM
Vibrazioni della molecola C
O su siti
superficiali di MgO
EXAFS da film sottili di M
gOTopografica di uno stratodi M
gO su argento su scala
nanometrica (10x10nm
)
Adesione di MgO
all’argento m
etallico
H2/∂-A
l2O3
I PRODOTTI DELLA RICERCA
1.
2.3.4.5.6.7.8.9.
10.
11.
12.
13.
14.
15.
16.
17.
18.
19.
20.
4
H2: ADSORBIM
ENTO,
DISSOCIAZIONE E STOCCAGGIO
L’idrogeno viene spessocitato com
e il combustibile del futuro. P
uò essere prodotto dall’acqua,e in acqua si trasform
a bruciando. Quando saprem
o produrlo efficacemente da fonti rinnovabili,
sarà un vettore energetico ideale: neutro da un punto di vista ambientale. P
urtroppo però a causadella sua leggerezza e bassa reattività, l’idrogeno è assai difficile da im
magazzinare. Infatti,
volendo fare un pieno di idrogeno gassoso sufficiente a percorrere qualche centinaio dichilom
etri, saremm
o costretti a montare sulle nostre autom
obili serbatoi grandi quanto unam
ongolfiera, perché l’idrogeno è un gas assai rarefatto a temperatura am
biente. Le due strategiepiù im
mediate per aum
entarne la densità, comprim
erlo o liquefarlo, presentano o grossisvantaggi dal punto di vista della sicurezza o dal punto di vista econom
ico. Sono quindi attual-m
ente in studio vie alternative che consentano di imm
agazzinare l’idrogeno sulle macchine del
futuro sfruttandone l’assorbimento in m
ateriali in grado di legarlo in modo stabile m
a reversibile.
Lo studio dell’interazione dell’idrogeno con tali materiali è al
centro di un fervido lavoro al NIS, com
e documentato dalla
bibliografia allegata. Materiali m
icroporosi e cristallini qualizeoliti e M
OF (strutture m
etallo-organiche), materiali polim
ericie idruri m
etallici (alanati, leghe leggere a base Mg, …
) sonoattualm
ente al vaglio mediante l’utilizzo di diverse tecniche
sperimentali e teoriche. È im
portante ricordare come sia
necessaria una
comprensione
dei m
eccanismi
alla base
dell’imm
agazzinamento
non essendovi
al m
omento
unm
ateriale in grado di soddisfare tutte le richieste per un suoutilizzo pratico quale serbatoio di idrogeno
Ogni m
ateriale viene quindi sottoposto non solo a misure
volumetriche e gravim
etriche per determinarne la
capacità ma anche di tipo spettroscopico. D
i grandeaiuto sono anche le tecniche di tipo com
putazionale,non solo nella com
prensione dei risultati sperimentali
ma anche nel fornire linee guida nel design di nuovi
materiali con caratteristiche m
igliorate .
Una ulteriore linea di lavoro si rivolge alla proble-
matica
della purificazione
dell’idrogeno, aspetto
estremam
ente importante nel caso in cui l’idrogeno
sia usato nelle fuell cell per le quali anche solo traccedi
CO
devono
essere elim
inate. In
questo senso
estremam
ente attivi si stanno rivelando catalizzatori abase di nanoparticelle di oro.
E. Gribov, S. B
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odynamic P
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dsorbed on MgO
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n ab-initio periodic study compared w
ithlow
-temperature FTIR
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A-zeolites (SA
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orks, P
hysical Chem
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Physical C
hemistry C
hemical P
hysics 7 (2005) 3948.M
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hio, S. Livraghi, M. B
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p., in press. M
. Di C
hio, A. Ziggiotti, L. Schiffini, S. Enzo, G. C
occo, M. B
aricco, H
ydrogen absorption-desorption on LaMg2N
i", Proc. of "1st W
orld Congress of Young Scientists on
Hydrogen,Turin, Italy 18-20 M
ay 2005, Begell H
ouse Inc, New
York (2005)
1.
2.3.4.5.6.7.8.9.
10.
11.12.
25
Simulazione della
capacità massim
a diim
magazzinam
ento inuna zeolite FAU
Visione locale della struttura del com
plesso H2 /C
u+ nel reticolo chabazitico
capacità di stoccaggio di vari materiali,
in funzione dell’area superficiale
I PRODOTTI DELLA RICERCA
Imm
agini in microscopia a scansione in cui si notano le fratture provocate
dall’assorbimento e dal desorbim
ento dell’idrogeno all’interno della faseinterm
etallica CeN
i2
Imm
agine HR
TEM di
particelle d’oro supportatesu 2C
eO2 -8TiO
2
5
24
CATALIZZATORI NAN
O-STRUTTU
RATI La richiesta sem
pre crescente di nuovi prodotti e processi produttivi a più basso impatto
ambientale m
otiva il grande sforzo verso la ricerca di innovazione di tutti i passaggi produttivi, apartire dallo sviluppo di nuovi catalizzatori. I catalizzatori selettivi possono essere consideraticom
e nanomacchine disegnate per realizzare la sintesi di m
olecole, con elevata attività eselettività. Il sito attivo di un catalizzatore consiste in una m
acchina nanometrica che “m
ima” la
struttura degli enzimi, i più efficienti catalizzatori esistenti, ottim
izzati dalla natura nel corso dim
ilioni di anni.
Le proprietà a livello nanometrico dei catalizzatori, derivano da un preciso controllo, della
struttura dei siti attivi, dell’intorno tridimensionale che li circonda e della loro interazione. Solo
così è possibile guidare in modo specifico la m
aniera in cui le molecole si avvicinano,
interagiscono e si combinano per dare i prodotti desiderati.
Materiali studiati in questo am
bito sono per esempio le zeoliti (silico allum
inati cristallini porosi),ossidi; ioni di transizione graffati e/o incapsulati su ossidi ad elevato sviluppo superficiale,
metalli supportati su ossidi e carboni.
Lo sviluppo di nuovi catalizzatori di questo tipo richiede lacom
prensione di
fenomeni
che avvengono
su scala
nanometrica: l’adsorbim
ento, la rottura e la formazione di
legami. C
iò è possibile facendo ricorso ad avanzate tecnichedi
caratterizzazione (spettroscopie;
microcalorim
etria,m
isure volum
etriche) e
di sim
ulazione. N
on m
enoim
portanti sono anche le caratteristiche dei sistemi studiati
a livello
mesoscopico:
morfologia
e dim
ensione delle
particelle, distribuzione
sul supporto,
interazione con
questo. Q
uesto è
l’ambito
della preparazione
deicatalizzatori e degli studi m
eccanicistici che considerano ifenom
eni di traspor-to
e la
diffusionedelle
molecole
neipori. In questo casom
olto inform
ativesono le m
icroscopiee le m
isure di atti-vità catalitica.
27
C. P
restipino, F. Bonino, S. U
sseglio, A. Dam
in, A. Tasso, M.G
. Clerici, S. B
ordiga, F. D'Acapito, A.
Zecchina, C. Lam
bertiEquilibria betw
een peroxo and hydroperoxo species in the titanosilicates: An in situ high-resolution
XAN
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platerem
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ordiga, C. Lam
berti, P.C. Thune, J.W
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iemantsverdriet, A. Zeechina
In situ, CrK-edge XA
S study on the Phillips catalyst: activation and ethylene polym
erization, Journal of C
atalysis 230 (2005) 98.G
. Berlier, C
. Prestipino, M
. Rivallan, S. B
ordiga, C. Lam
berti, A. Zecchina, B
ehavior of extraframew
ork Fe sites in MFI and M
CM-22 zeolites upon interaction w
ith N2 O
and NO
,Journal of P
hysical Chem
istry B 109 (2005) 22377.
S. Bordiga, L. R
egli, C. Lam
berti, A. Zecchina, M. Jorgen, K
.P. LillerudFTIR
adsorption studies of H2 O
and CH3 O
H in the isostructural H
-SSZ-13 and H-SA
PO
-34:Form
ation of H-bonded adducts and protonated clusters,
Journal of Physical C
hemistry B
109 (2005) 7724.S. B
ordiga, L. Regli, D
. Cocina, C
. Lamberti, M
. Bjorgen, K
.P. LillerudA
ssessing the acidity of high silica chabazite H-SSZ-13 by FTIR
using CO as m
olecular probe:Com
parison with H
-SAP
O-34, Journal of P
hysical Chem
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E. Groppo, C
. Lamberti, S. B
ordiga, G. Spoto, A. D
amin, A. Zecchina,
FTIR investigation of the H
2 , N2 , and C2 H
4m
olecular complexes form
ed on the Cr(II) sites in theP
hillips catalyst: A prelim
inary step in the understanding of a complex system
, Journal of P
hysical Chem
istry B 109 (2005) 15024.
C. B
usco, A. Barbaglia, M
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olis, G.M
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Characterisation of Lewis and B
ronsted acidic sites in H-M
FI and H-B
EA zeolites: a therm
odynamic
and ab initio study, Thermochim
ica Acta 418 (2004) 3.C
. Prestipino, L. C
apello, F. D'Acapito, C
. Lamberti,
Local structure of Cu-I(CO)2 (+) adducts hosted inside ZSM
-5 zeoliteprobed by EXA
FS, XAN
ES and IR spectroscopies,
Physical C
hemistry C
hemical P
hysics 7 (2005) 1743.
26
1.
2.3.4.5.6.7.8.9.
10.
11.
12.
13.
14.
15.
I PRODOTTI DELLA RICERCA
Tetrametilbenzene
nella cavità di uncatalizzatore C
HA:
un intermedio
nellatrasform
azione delm
etanolo inbenzine
6
MATERIALI E M
OLECOLE FOTOATTIVEI fotocatalizzatori sono m
ateriali in grado di utilizzare l’energia della luce per condurre reazionichim
iche. Il fenomeno è com
plesso e richiede materiali e m
olecole specificamente progettate a
questo scopo.
Le applicazioni
spaziano dai
sistemi
fotocatalitici per
l’abbattimento
degliinquinanti
ai m
ateriali autopulenti,
ai m
ateriali foto
elettrocatalitici per
la reazione
didecom
posizione dell’acqua.
Per quanto concerne i materiali fotoattivi per l’abbattim
ento degli inquinanti, benché il materiale di
riferimento sia il biossido di titanio (TiO
2 ), grande potenzialità hanno assunto nuove tecnicheperparative che perm
ettono di ottenere composti ad elevata area superficiale e/o m
aterialinanostrutturati per i quali la form
a e la dimensione delle particelle può essere m
odificata a piacere.
La caratteristica intrinseca di microporosità di alcuni silico-titanati
è un ulteriore elemento che può dare origine a m
ateriali cheabbinano le proprietà fotocatalitiche di specie TiO
2 , con quelle diselettività di form
a tipiche dei materiali m
icroporosi.
UIlteriori
elementi
di innovazione
sono ottenibili
funzionalizzando questi
materiali
con specie
cheassorbano luce visibile in m
odo da rendere attivi im
ateriali non solo se stimolati da radiazione ultra-
violetta, ma anche visibile.
La luce o l’ambien-
te chimico, possono
comportare
un cam
biamento
strutturale di
specifichem
olecole che, cambiando colore, possono essere utilizzate
come sensorie/indicatori
Materiali cem
entizi contenenti piccole quantità di biossido diTitanio
altamente
disperso stanno
riscuotendo grande
interesse com
e nuovi
materiali
per l’edilizia
in quanto
manifestano significative proprietà autopulenti.
Specie molecolari a base di com
plessi di Rutenio sono alla
base di nuovi materiali che trovano applicazioni nel settore
delle celle solari “dye-sensitized” .
Una im
portante sfida tecnologica consiste nel realizzare unm
ateriale capace
di decom
porre l’acqua
in idrogeno
edossigeno. Si tratta di un argom
ento di estremo interesse che
confluisce con le attività inerenti al settore idrogeno.
2928
Zecchina, G. Spoto, S. B
ordigaP
robing the acid sites in confined spaces of microporous m
aterials by vibrational spectroscopy,P
hysical Chem
istry Chem
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E. Groppo, C
. Lamberti, S. B
ordiga, G. Spoto and A. Zecchina
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2 catalyst: afrontier of characterization m
ethodsC
hemical R
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E. Groppo, A. D
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olecularadducts on Cr(II) sites,C
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hemphyschem
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onino, A. Dam
in, C. Lam
berti, A. Zecchina, P.L. Solari, K.O
.K
ongshaug, S. Bordiga,
Local structure of framew
ork Cu(II) in HK
UST-1 m
etallorganic framew
ork: Spectroscopiccharacterization upon activation and interaction w
ith adsorbates, C
hemistry of M
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amin, F. B
onino, S. Bordiga, E. G
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G. B
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. Spoto, A. Zecchina, P
robing the Bronsted and Lew
is acidity of Fe-silicalite by FTIR spectroscopy of H
2adsorbed at 20 K
:Evidences for the form
ation of Fe3 +/H2
and Fe2 +/H2
molecular adducts,
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. Gribov, D
. Cocina, G
. Spoto, S. Bordiga, G
. Ricchiardi, A. Zecchina
Vibrational and thermodynam
ic properties of Ar, N
2 , O2 , H
2and CO
adsorbed and condensed into(H
,Na)-Y zeolite cages as studied by variable tem
perature IR spectroscopy,
Physical C
hemistry C
hemical P
hysics 8 (2006) 1186.
16.
17.
18.
19.
20.
21.
22.
23.
24.
25.
Imm
agine STM di un film
di TiO2 nanostrutturato preparato per via sol-gel
ETS-IO: un catalizzatore con
selettività di forma
I PRODOTTI DELLA RICERCA7
CHIM
ICA MACRO E SU
PRA-MOLECOLARE
I tensioattivi sono molecole contenenti due porzioni con natura diversa: idrofila e idrofobica. Tale
caratteristica consente loro di adattarsi ai diversi ambienti liquidi, acquoso e non acquoso,
consentendo di
rendere com
patibile, ad
esempio
l’olio con
l’acqua. La
loro capacità
diconcentrarsi alle interfacce è fonte di num
erosissime applicazioni pratiche che ci vedono
coinvolti ogni giorno, come ad esem
pio la detergenza personale, dei tessili, delle stoviglie. Altreapplicazioni coinvolgono settori più avanzati della tecnologia. I tensioattivi possono ad esem
pio:
•legarsi ai m
etalli proteggendoli dalla corrosione,
•funzionare com
e stampo m
olecolare per la formazione di strutture a base inorganica con
struttura porosa (zeoliti, ma soprattutto i m
ateriali mesoporosi)
•form
are complessi con il D
NA che possono trasportare il D
NA stesso nelle cellule per scopi
terapeutici (terapia genica con carriernon virali).
Presso il N
IS le ricerche sui tensioattivi sono prevalentemente indirizzate verso la sintesi
organica dei
tensioattivi, la
loro caratterizzazione
mediante
tecniche chim
ico-fisiche e
spettroscopiche, il loro utilizzo come stam
po molecolare per la preparazione di m
aterialim
esoporosi e come trasportatori di D
NA al nucleo cellulare.
La sintesi
organica si
articola su
due filoni
che riguardano
lapreparazione
di tensioattivi
cationici gem
ini e
di tensioattivi
glucocationici. I primi fanno parte di una classe di strutture m
oltoinnovative che sono di recente apparse nel m
ondo della ricerca ed il cuicom
portamento chim
ico e fisico è di grande interesse per lo sviluppo diapplicazioni pratiche. I secondi, concepiti soprattutto per applicazionibiom
ediche, contengono una componente di origine naturale che può
risultare importante per gli aspetti biochim
ici del trasporto di materiale
genico nelle cellule ed anche perché può consentire l’applicazione diquesti tensioattivi per condurre im
portanti reazioni organiche in faseacquosa. La presenza dello zucchero, che contiene centri chirali, può
consentire di
regolare la
stereoselettività delle
reazioni condotte
in presenza
di questi
tensioattivi.
Un ulteriore settore in espansione si rivolge alla conservazione e recupero dei beni
culturali. In questo ambito si m
enzionano gli studi rivolti alla preparazione ecaratterizzazione di nuovi m
ateriali per coating protettivi.
3130
M. K
. Nazeeruddin, S. M
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R1) covalently
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position of NO
into N2
and O2
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hemistry B
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1.
2.3.4.5.6.7.8.9.
10.
11.
I PRODOTTI DELLA RICERCA
I tensioattivi si assemblano
spontaneamente a form
arestrutture com
plesse
8
BIOCOMPATIBILITÀ E TOSSICITÀ
DEI MATERIALI
La specificità dei materiali bioattivi è quella di essere capaci di interagire con la m
ateria viventee di trasform
arsi in modo da adattarsi a questa, eventulam
ente assumendo caratteristiche di
composizione e struttura sim
ili ai componenti naturali. Si tratta di un settore in grande crescita
che si affianca a quello dei materiali bio-com
patibili, già ampiam
ente sviluppato e strudiato nelcam
po delle protesi.
L’elemento di innovazione, che com
porta da una partegrandi aspettative m
a anche incertezze, consiste nel fattoche alcuni m
ateriali si dimostrano bio-attivi quando m
essiin
contatto con
un m
ezzo biogico.
La bioattività
rappresenta una
grande potenzialità:
in seguito
all’interazione, il materiale si trasform
a in qualche cosa dim
olto simile, al lim
ite identico, al materiale biologico. In
questo m
odo sem
brano com
portarsi alcuni
vetri che,
imm
ersi in soluzioni fisiologiche si sciolgono parzialmente
per poi ricristallizzare depositando uno strato di materiale
osseo.
Il rovescio della medaglia consiste invece in quei m
aterialiche
si dim
ostrano bio-attivi
esplicitando un’azione
aggressiva verso le cellule, diventando tossici cancerogeni.
La ricerca in questo settore è molto vivace e m
olti studi sono in attosia per quanto concerne la preparazione di nuovi m
ateriali che per laloro
caratterizzazione. Vista
la com
plessità della
tematica
lacaratterizzazione viene condotta percorrendo strategie diverse checercano di cm
binare l’uso di svariate tecniche spettroscopiche, lem
icroscopie elettroniche, misure di adsorbim
ento sia volumetrico
che micro-calorim
etrico. Nell’am
bito delle spettroscopie, particolarerilevo ha la spettroscopia R
aman capace di seguire le m
odificazionistrutturali
di biovetri
nel corso
di diversi
trattamenti,
sempre
rimanendo in contatto con soluzioni acquose e quindi in
ambienti che sim
ulano gli ambienti fisiologici.
Molto utili si stanno dim
ostrando anche I metodi di
simulazione
sia
con m
etodi ab-initiosia
conm
etodi di meccanica m
olecolare.
3332
M. Lazzari, O
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Synthesis of Polyacrylonitrile-block-polystyrene copolymers by A
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adicalPolym
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Novel partially fluorinated copolym
ers: evidence of the effect of fluorine on the reactivity of theunfluorinated co-m
onomer units
Macrom
olecular Rapid C
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First evaluation of the thermodynam
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some propanediyl-alpha,om
ega-bis(dimethylalkylam
monium
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ALD
I-TOF m
ass spectrometry on cellulosic surfaces of fresh and photo-aged di- and triterpenoid
varnish resinsJournal of M
ass Spectrometry, 40 (2005) 1527.
R. P
loeger, A. Murray, S. H
esp, D. Scalarone
An investigation of the chem
ical changes of artists’ acrylic paint films w
hen exposed to water,
Materials Issues in Art and Archaeology VII, edited by P
amela B
. Vandiver, Jennifer L. Mass, and
Alison Murray (M
ater. Res. Soc. Sym
p. Proc. 852, W
arrendale, PA, 2005), OO
3.4.P. Savarino, S. P
arlati, R. B
uscaino, P. Piccinini, C
. Barolo, E. M
ontoneri, Effects of additives on the dyeing of polyam
ide fibres. P
art II: Methyl-beta-cyclodextrin, D
yes and Pigm
ents 69 (2006) 7.
1.
2.3.4.5.6.7.8.9.
10.
50000 Å
I PRODOTTI DELLA RICERCA9
BIO
-FISICA E N
EUR
OCH
IPS
L’eccitabilità neuronale e la trasmissione sinaptica sono funzioni cellulari fondam
entali per lasopravvivenza e sono controllate da m
eccanismi m
olecolari che si generano a livello dellam
embrana plasm
atica. L’evento più importante associato allo stato di eccitabilità di un neurone è
il potenziale d’azione, indotto da una variazione del potenziale di mem
brana di circa 100 mV (del
tipo tutto-oniente) che persiste per pochi millisecondi. La registrazione
di un potenziale d’azione equivale a valutare la funzionalità di unneurone ed è tipicam
ente effettuata mediante m
icroelettrodi conduttiviche
permettono
il contatto
elettrochimico
tra neurone
estrum
entazione esterna. Registrazioni di potenziali d’azione ripetibili e
protratte nel tempo attraverso sistem
i miniaturizzati, com
e nel caso diprotesi e dispositivi a m
icroelettrodi, richiedono unacontinua ricerca di nuovi m
ateriali ad alta conduttività,stabilità e biocom
patibilità.
Al mom
ento esiste un forte interesse scientifico pernuove
tecnologie, m
ateriali e
dispositivi che
semplifichino il lavoro sperim
entale e permettano di
sviluppare m
icro e
nano-dispositivi finalizzati
allaricerca di base e allo sviluppo di biosensori per analisidi laboratorio, studi clinici e trattam
enti terapeutici.D
’altra parte, l’interfacciamento con superfici a stato
solido di neuroni (di dimensioni m
icrometriche) o di
porzioni cellulari
funzionalmente
attive, quali
lasinapsi,
i neuriti
e le
vescicole secretorie
(didim
ensioni nanometriche), ha evidenziato l’esistenza
di nuove
problematiche
scientifiche sui
tipi di
materiali
da utilizzare,
sulla loro
strutturasuperficiale, biocom
patibilità e bioreattività con la materia vivente a livello nano- e m
icrometrico.
Si tratta di un settore in larga espansione che vede la partecipazione attiva di ricercatori di variaestrazione (biologi, m
edici, farmacisti,chim
ici, fisici, ingegneri). Data la sua bio-com
patibilità,attualm
ente argomento di studio è la possibilità di utilizzare superfici di diam
ante depositato percondensazione o cristallino, rese conduttive (idrogenate) o isolanti (ossidate) in m
icro o nanoareeattraverso tecniche litografiche, com
e materiale di base per fabbricare M
EAs di forme e
dimensioni diverse, oppure sviluppare “ lab on a chip” funzionalizzati per la m
isura simultanea di
correnti ioniche, rilevazione di molecole e cam
bi di pH.
Utilizzando la tecnica della dip-pen nanolitografia, è ora possibile bio-funzionalizzare la superficie
di diamante disegnando con precisione nanom
etrica piste di biomolecole che favoriscano
l’adesione e la crescita neuronale. Sono allo studio molecole di diversa struttura e con particolari
proprietà chimico-fisiche associate a sonde fluorescenti appartenenti alla fam
iglia delle cianineche perm
ettano la visualizzazione delle piste e la possibilità di effettuare misure ottiche sulle
diverse interazioni tra substrato, biomolecole e neurone.
3534
M. C
erruti, C. M
orterra, P. Ugliengo
Surface features of P-doped silica: a com
parison between IR
spectroscopy and theoreticalm
odelling, Journal of M
aterials Chem
istry 14 (2004) 3364.F. P
ascale, P. Ugliengo, B
. Civalleri, R
. Orlando, P. D
'Arco, R
. Dovesi
The katoite hydrogarnet Si-free Ca3 Al2 (SiO
4 )2 (OH
)4 : A periodic H
artree-Fock and B3-LYP
study,Journal of C
hemical P
hysics 121 (2004) 1005.S.E. Favero-Longo, F. Turci, M
. Tomatis, D
. Castelli, P. B
onfante, M.F. H
ochella, R. P
iervittori, B
. Fubini, Chrysotile asbestos is progressively converted into a non-fibrous am
orphous material by the
chelating action of lichen metabolites,
Journal of Environmental M
onitoring 7 (2005) 764.M
. Cerruti, C
.L. Bianchi, F. B
onino, A. D
amin, A
. Perardi, C
. Morterra
Surface modifications of bioglass®
imm
ersed in TRIS-buffered solution. A
multitechnical
spectroscopic study, Journal of P
hysical Chem
istry B 109 (2005) 14496.
M. C
erruti, A. P
erardi, G. C
errato, C. M
orterraForm
ation of a nanostructured layer on bioglass particles of different sizes imm
ersed in tris-buffered solution. N
2adsorption and H
R-TEM
/EDS analysis, Langm
uir 21 (2005) 9327.P
erardi, M. C
erruti and C. M
orterraCarbonate form
ation on sol-gel bioactive glass 58S and on Bioglass (R
) 45S5, in: O
xide Based M
aterials: New
Sources, Novel P
hases, New
Applications; ELSEVIER
SCIEN
CE B
V: Am
sterdam, 2005; Vol. 155, p. 461.
S. Daghino, E. M
artino, I. Fenoglio, M. Tom
atis, S. Perotto, B
. Fubini Inorganic m
aterials and living organisms:
Surface modifications and fungal responses to various asbestos form
sC
hemistry-A
European Journal 11 (2005) 5611.
1.
2.3.4.5.6.7.
Imm
agine di parte di una cellula
Neuroni di lum
aca
I PRODOTTI DELLA RICERCA10
Prototipo di “lab-on-chip” con il quale è
possibile stimolare o registrare segnali
neuronali grazie all’alta conducibilitàdelle zone di diam
ante idrogenato (grigie)preparato secondo trattam
enti diidrogenazione classici.
3736
S. Visentin, B. R
olando, A. Di Stilo, R
. Fruttero, M. N
ovara, E. Carbone, C
. Russel,
N. Vanthuyne e A. G
ascoN
ew 1,4-dihydropirydines endow
ed with N
O donor and calcium
channel agonist propertiesJournal of M
edicinal Chem
istry 47, (2004), 2688.N
ovara M., B
aldelli P., Cavallari D
., Carabelli V., G
iancippoli A. e Carbone E
Exposure to cAM
P and b-adrenergic stim
ulation recruit CaV3 T-type channels in cultured ratchrom
affin cells through Epac cAM
P-receptor proteins
Journal of Physiology 558, (2004), 433
Carbone E., C
arabelli V., Baldelli P., N
ovara M., G
iancippoli A., Cavallari D
. e Hernández-G
uijo J.M.
cAM
P and b-adrenergic stim
ulation regulate L-type channel gating and exocytosis in rat chrom
affin cells.In: Cell B
iology of the Chrom
affin Cells.
R. B
orges & L. G
andia Eds., Istituto Teófilo Hernando, Spain p. 35-42.
Novara M
., Giancippoli A., C
arabelli V., Baldelli P., C
avallari D. e C
arbone E.Exposure to cA
MP
and b-adrenergic stimulation recruit T-type channels in cultured rat chrom
affincells through an Epac-m
ediated pathway: effects on exocytosis.
Annual Press B
ook, Society for Neuroscience, 2004, P
art II: 463- 465.B
aldelli P., Hernández-G
uijo J.M., C
arabelli V. e Carbone E,
BD
NF enhances G
AB
A release probability and non-uniform
distribution of N- and P
/Q-type
channels on release sites of hippocampal inhibitory synapses
Journal of Neuroscience 25(14), (2005), 3358.
K. M
areschi, M. N
ovara, D. R
ustichelli, D. G
uido, D. G
arbossa, M. M
ereuta, E. Carbone , E. M
adon, A.Vercelli, F. FagioliP
lasticità delle cellule staminali m
esenchimali. H
aematologica
The Hem
atology Journal, 90 (4), (2005), 11.M
ottola, S. Antoniotti, D. Lovisolo, L. M
unaronR
egulation of noncapacitative calcium entry by arachidonic acid and nitric oxide
in J. Erriquez, A. Gilardino, P. Ariano, L. M
unaron, D. Lovisolo, C
. Distasi, C
alcium signals activated
by arachidonic acid in embryonic chick ciliary ganglion neurons,
Neurosignals 14 (2005) 244.
E. Carbone,
Ion trafficking through T-type Ca2 + channels: a way to look at channel gating position
Journal of General P
hysiology 124, (2004), 619-622P. Ariano, P. B
aldelli, E. Carbone, A. G
ilardino, A. Lo Giudice, D
. Lovisolo, C. M
anfredotti, M. N
ovara,H
. Sternschulte, E. Vittone, Cellular adhesion and neuronal excitability on functionalised diam
ond surfaces, D
iamond and R
elated Materials 14 (2005) 669.
Giancippoli, M
. Novara, A. de Luca, P. B
aldelli, A. Marcantoni, E. C
arbone, V. Carabelli
Low-threshold exocytosis induced by cA
MP
-recruited Ca(V)3.2 (alpha(1H)) channels in rat
chromaffin cells
Biophysical Journal 90 (2006) 1830.
1.
2.3.4.5.6.7.8.9.
10.
I granuli secretori, contenenti adrenalina (A)e noradrenalina (N
A), si fondono alla mem
-brana citoplasm
atica e rilasciano il lorocontenuto a seguito di brevi depolarizzazioniindotte dalla pipetta da patch-clam
p, cheinduce l’apertura dei canali del C
a2+ el’ingresso di C
a2+ nella cellula. La m
icrofibra di carbonio è polarizzata a+800 m
V ed è quasi in contatto con lacellula. La fibra rileva transienti di correntedi ossido-riduzione (20-500 pA) associati allem
olecole di A e NA rilasciate durante
l’esocitosi di un singolo granulo. Sulla destra è riportata un’im
magine al
microscopio dei vari elem
enti.
Imm
agini aeree di Sincrotroni europei: ESRF (G
enoble-Francia) -D
arsbury (Inghilterra)
Parti essenziali di un Sincrotrone: Linac;
Booster, l’Anello; le lenee di m
isura
Rappresentazioni in scala di celle di m
isura EXAFS per studi in situLinea di trattam
ento ed invio di gas diret-tam
ente montate in cam
era di misura
Apparto sperimentale per m
isure didiffrazione in condizioni di reazione.
I PRODOTTI DELLA RICERCA
ACCESSO ALLE GRANDI
INFRASTRU
TTURE
L’uso di sorgenti avanzate di raggi X (Sincrotroni: ESRF, Elettra, D
arsbury) e di neutroni (ISIS, ILL),è diventata una prerogativa irrinunciabile nella caratterizzazione di punta di m
ateriali. Tale uso èovviam
ente trasversale a tutte le tematiche discusse precedentem
ente. Conseguentem
ente,l’elenco dei lavori riportati è costituito da pubblicazioni già citate nelle sezioni tem
atiche.
Mem
bri del NIS hanno effettuato più di 20 esperim
enti presso le diverse sorgenti europee, chesono stati approvati dai corrispondenti com
itati scientifici. In questi due anni mem
bri del NIS
sono stati responsabili di un “Long Term P
roject” presso il sincrotrone di ESRF. Tre esperim
entisono stati selezionati fra gli “H
ighliths” di ESRF negli anni 2004-2005.
La mole di lavoro svolto e l’im
patto delle pubblicazioni ottenute ha permesso a due m
embri del
NIS di entrare a far parte dei com
itati che valutano i progetti ed assegnano il tempo di m
isurapresso i sincrotroni di ESR
F e di SLS.
Per poter riprodurre presso le grandi sorgenti di radiazioni, le condizioni sperim
entali dipressione e tem
peratura controllate utilizzate per gli esperimenti di laboratorio, m
embri del N
IShanno sviluppato una vasta gam
ma di strum
entazione dedicata in grado di essere trasportata-m
ontata e smontata age-
volmente ed adattabile alle
diverse linee di misura.
11
Ampi sono gli scenari di applica-
bilità ed interesse spaziando dai ri-vestim
enti, ai sensori.
Nuovi m
ateriali compositi
Materiali fibrosi a base di carbonio
ma non solo, sono stati ricoperti con
film
di natura
ossidica e/o
poli-m
erica in modo da m
odificarne
sostanzialmnete le caratteristiche, com
e nelcaso
di fibre
di quarzo
ricoperte da
filmpolim
erici. Il rivestimento di polietilene form
auna guaina om
ogenea ed il film è saldam
enteaderente alla fibra di quarzo. N
el caso lo sidesideri, è anche possibile elim
inare la fibra diquarzo ed ottenere un m
icro tubo di polietilenecom
e è mostrato in figura.
L’utillizzo di tecniche sol-gel hanno permesso
di ottenere materiali con proprietà del tutto
peculiari con ampie potenzialità di im
piego. La possibilità di partire da miscele m
olecolari diprecursori rende possible, controllando tem
pi e temperature di reazione, la preaprazione di
matrici ossidiche contenenti fasi m
icro e nanodisperse.
In fase di studio sono soprattuto materiali contenenti nanoparticelle di biossido di titanio, viste le
loro proprietà fotocatalitiche. Aree di interesse in questo caso sono i nuovi materiali per l’edilizia
ed Ii cosiddetti tessuti intelligenti o “smart textiles”.
Nanoparticelle di m
etalli preziosi (oro ed argento) altamente disperse in m
atrici ossidiche sistanno dim
ostrando interessanti non solo nel settore della catalisi ma anche com
e materiali per
lo sviluppo di dispositivi utili per la tecnica SERS (Surface enhancem
ent RAM
AN spectroscopy).
Fibre di cotone rivestite da un filmdi biossido di titanio hanno m
o-strato che, benchè le proprietàoriginarie
delle fibre
non sono
state comprom
esse, lo srato dirivestim
ento è
autopulente. Se
infatti si sottopone la fibra sporca-ta con un colorante ad un sem
pli-ce irraggiam
ento solare, la mac-
chia viene eliminata in m
anieraefficiente e rapida.
NU
OVE LINEE DI LAVORO AL N
ISA partire da consolidate conoscenze nei cam
pi della preparazione e caratterizzazione deim
ateriali nanostrutturati, nel corso di questi ultimi anni, alcune linee di lavoro si sono sviluppate
verso argomenti nuovi per i ricercatori afferenti al N
IS.
Qui di seguito sono riportati alcuni esem
pi
Materiali a base di carbonio e/o com
positi a base di carbonio.
Le fibre di carbonio, usate come tali o com
eadditivi
per m
ateriali com
positi nella
fabbricazione di stumenti che richiedono
elevate prestazioni meccaniche associate a
caratteristiche di leggerezza e facilità dilavorazione,
migliorano
di m
olto le
prestazioni se, una volte filate e tessute,costituiscono
un insiem
e com
patto e
difficilmente “sfibrabile”.
Le tecniche comunem
ente usate ricorronoall’im
pregnazione delle fibre con resine,poi sottoposte a trattam
enti termici m
oltodrastici che com
portano la carbonizzazionedella resina e la form
aione di una nuovafase carboniosa che salda le fibre.
La ricerca di nuove tecniche preparativeche richiedano trattam
enti meno costosi e assicurino una
migliore saldatura fra le fibre, è estrem
amam
ente attiva evede la concorrenza di m
olti gruppi di ricerca già consolidati.C
iononostante, grazie all’esperienza di alcuni ricercatororinel cam
po della catalisi, è stato possible raggiungere risultatisignificativi tali da perm
ettere, non solo la preparazione dipubblicazioni scientifiche, m
a anche la presentazione di unbrevetto.
Le possibili varianti preparative sono molteplici e portano di
volta in volta a prodotti chevedono l’interfaccia non solodi fasi carboniose caratteriz-zate
da nanostrutture
peculiari, ma anche m
atricia base di carbonio e sistem
iossidici
con caratteristiche
isolanti e/o semiconduttori.
In questo ambito sono stati
preparati materiali a base di
carbonio ricoperti da stratidi ossidi quali TiO
2o ZnO
.U
n esempio è illustrato in
figura, nel caso di un mate-
riale composito C
/ZnO.
3938
H2 /C
2 H4
4:1
Fe/carbon fibres catalyst T = 600°C1h
F. Cesano, S.
Bertarione, D
.Scarano, A.Zecchina,C
onnecting carbonfibers by m
eans ofcatalytically grow
nnanofilam
ents:Form
ation of carbon-carboncom
posites,C
hemistry of
Materials 17 (2005)
5119
Diam
ante nanocristallino cresciutosu silcio
Strato di apatite cresciuto su una protesi di titanio
Nanotubi di ZnO
European patent No05425714.2.
Applicant/P
roprietorStabilim
enti Ozella S.p.A.
Date of Filing
11.10.05TitleSynthesis of C
arbon Nanotubes
and/or nanofibres on a polymer
substrateInventors
L. Mezzo, A. G
aio, F. C
esano, D. Scarano and
A. Zecchina
I PRODOTTI DELLA RICERCA12
PROGETTI INTERN
AZIONALI
IDECAT: a consortium
dedicated to catalysis science to promote
sustainabilityID
ECAT
gathers the
main
European research
Institutions (37
laboratories from
17
Institutions) in
the broad
field of
catalysis (from
hom
ogeneous to
heterogeneous and
bio-catalysis) to
create the
critical m
ass and
the m
ulti-disciplinarycom
petences necessary
to design
the next-generation
catalysts and
catalyticprocesses/technologies to prom
ote sustainability. The broad range of expertise ranges from the
synthesis and mastering of nano-objects, the bridging betw
een homo– hetero– and bio-catalysis
and theory and modelling, surface science, and kinetic/ applied catalysis as w
ell, to theIntegrated design of catalytic nanom
aterials. Final objective of IDEC
AT is the creation of anEuropean R
esearch Institute of Catalysis to be the reference Institute for frontier research in
catalysis in Europe.
NEW
MO
FS New
Metal O
rganic Framew
orks for Industrial Applications
SPECIFIC TA
RG
ETED R
ESEAR
CH O
R IN
NO
VATION
PR
OJECTM
etal O
rganic Fram
eworks
(MO
Fs) are
novel organic-inorganic
crystalline materials, w
ith promise to becom
e a powerful and flexible
family for different industrial uses w
ithin catalysis, adsorption andsensor technology, overcom
ing many of the lim
itations of Zeolites.M
OFs m
ay display extreme porosity, and their functionalities can be
tailored by using functional precursors in their preparation or by post-functionalization
using standard
techniques of
organic- and
organometallic chem
istry. These features will be studied in the present
project for the development of new
heterogeneous catalysts and gasadsorbents.
PH
OTOCATA
LYTIC DECO
NTA
MIN
ATION
OF N
EUR
OTOXIC
AN
D VESICA
NT CO
MP
OU
ND
SN
ato programm
e for security through science.
L-type Ca2+ channels in health and disease (C
avNET)
Hum
an resources and mobility (H
RM
) activityM
arie Curie R
esearch Training Netw
orks (RTN
)C
all: FP6-2005-M
obility-1
Organic Syntheses w
ith Zeolites: Activation of CO
2
and of Organic Carbonates for Fine Chem
icals
4140
European Com
mission C
OST Action N
o.:D29
Sustainable/green Chem
istry and C
hemical Technology
I PRODOTTI DELLA RICERCA13
CMA
: COM
PLEX M
ETALLIC A
LLOYS
European Netw
ork of ExcellenceD
ue to the unparalleled diversity of metallic m
aterials, metal-based industries w
ill remain of
outstanding importance for the com
petitiveness of Europe's economy in the 21st century.
How
ever, in order to remain successful, m
etals have to stand up against their competitors,
like polymers and ceram
ics, and they must fulfil the conditions of sustainable developm
ent.O
f the two possible strategies to respond to these challenges, i.e. im
provement of know
nm
aterials or tapping entirely new system
s, the applying institutions suggest the second one.A
t a time w
here the great majority of possible m
etallic systems have not even been looked
at, hopes are justified to find among these system
s new alloys w
ith properties offeringsuperior solutions w
ith respect to the market dem
and for outstanding properties atcom
petitive cost combined w
ith environmental harm
lessness and low energy consum
ptionduring production, service and recycling.
http://ww
w.cm
a-ecnoe.org/
DU
CTILISATION
OF B
ULK
META
LLIC G
LASSES (B
MG
S) BY
LENG
TH-SCA
LE CO
NTR
OL IN
BM
G C
OM
PO
SITES AN
D A
PP
LICATION
S
European Research and Training N
etwork (2004-2008):
Recent breakthroughs in M
aterials Engineering have generated complex Zr, Ti, C
u, Fe, Ni, La, P
dand M
g-based alloys that retain a glassy state in bulk form (B
ulk Metallic G
lasses or BM
Gs) via
conventional ingot casting.
Due to their 2%
elastic strain range (as compared to 0.2%
for crystalline materials) B
MG
scurrently have the best know
n values for the performance index and good values of the yield
strength, mass density and Young’s m
odulus.
While they exhibit a very high elastic lim
it of 2% strain w
hich is of major interest for m
anystructural applications, they show
insignificant macroscopic room
-temperature plasticity and fail
by fracture when solicited beyond their elastic lim
it.
The major objective of the proposed research program
me is to develop ductile high-strength
bulk metallic glass (B
MG
) based composites show
ing of the order of 10% plastic deform
ation atroom
temperatures. This w
ill be achieved by the introduction of selected dispersions of a secondphase of crystalline particles in the B
MG
matrix.
http://bmg-rtn.inpg.fr/D
BM
G-P
rogramm
e.htm
CO
MP
LEX SOLID
STATE REA
CTION
S FOR
ENER
GY EFFIC
IENT H
YDR
OG
EN STO
RA
GE
MA
RIE C
UR
IE Research Training N
etworks (R
TN)
Call: FP
6-2005-Mobility-1
Altri progetti che vedono come proponente o com
e co-proponente un mem
bro del NIS e che sono
stati presetati in altri ambiti disciplinari:
Nel settore Sviluppo sostenibile
sono stati presentati 132 progetti di cui 44 sono stati selezionatie finanziati secondo la seguente graduatoria (prim
i 10). Tra I primi 10 progetti finanziati, 2 vedono
come co-proponente e com
e proponente un mem
bro del NIS.
Nel settore Scienza della Vita
sono stati presentati 346 progetti di cui 178 sono stati selezionatie finanziati.
Al 49 posto si è classificato il progetto Federico BU
SSOLIN
Osu “M
odellizzazione in silico dicircuiti di segnale intracellulari che regolano la form
azione del sistema vascolare”.
PR
OP
ON
ENTE
TITOLO
DEL P
RO
GETTO
Adriano ZEC
CH
INA
Sistemia base di Carbonio nanostrutturato per applicazioni
industriali Em
ilio CA
RB
ON
E B
iosensori e interazioni neuroni-superfici nanostrutturate A
ldo PR
IOLA
Fabrizio GIO
RG
ISSilvio A
IME
Giovanni M
AN
AEm
ma A
NG
ELINI
Oscar C
HIA
NTO
RE
Materiali polim
erici nanostrutturati per la fabbricazione di m
embrane e coatings funzionali
Giovanni G
HIO
NE
Paolo VO
LPE
Studio per la realizzazione di un dispositivo SQuID
basato su nanogiunzioni Josephson intrinseche in m
ateriali superconduttori ad alta Tc
Livio BATTEZZATI
Processi di sintesi, proprietà m
eccaniche, applicazioni di leghe am
orfe e nanostruturate C
laudio MO
RTER
RA
M
ateriali nanostrutturati biocompatibili per applicazioni
biomediche Si
Candido P
IRR
IM
auro ZUC
CA
Salvatore CO
LUC
CIA
A
rrays cellulari e molecolari basati su m
ateriali nanostrutturati fotoattivi
Paolo A
LLIAM
onica FERR
AR
ISEdoardo G
AR
RO
NE
Sintesi e caratterizzazione di materiali ossidici nanostrutturati
Giam
piero AM
ATOEnrico B
OC
CA
LERI
Giuseppe D
ELLA GATTA
Studio chimico-fisico e strutturale dei processi nanoscopici e
mesoscopici nel deterioram
ento ambientale di pergam
ene storiche
43
1.
2.3.4.5.6.7.8.9.10.
11.
12.
13.14.15.
16.17.18.19.20.21.
Paolo SP
INELLI
Studio per il miglioram
ento di sistemi elettrodici (M
EA) per cell a
bassa temperatura
Mauro C
AU
SÀ
Modellizzazione su scala regionale della dinam
ica e della chimica del
particolato atmosferico
Elisabetta BA
RB
ERIS
Prevenzione dell'inquinam
ento da fosforo di fonte agricola acque superficiali per l'applicazione del P
iano di Tutela delle Acque.
Aurelio FAC
CH
INELLI
Contributi al problema dell'eutrofizzazione: Il caso del Lago (TO
).Aldo VIAR
ENG
O
Valutazione del rischio ecologico in suoli inquinati da diossineP
aola BEN
ZI Carburi e nitruri di germ
anio per applicazioni fotovoltaicheM
arcello BAR
ICC
O
Materiali innovativi per l'im
magazzinam
ento idrogenoM
arco BAG
LIANI
Sostenibilità del sistema socio-econom
ico piemontese:
flussi materia-energia
Enrico FERR
ERO
Studio m
odellistico e sperimentale della turbolenza atm
osferica e della dispersione inquinanti in am
biente urbano
1.
2.3.4.5.6.7.8.9.
PROGETTI DI RICERCA APPLICATAIl B
ando regionale sulla Ricerca scientifica applicata 2004
La Regione P
iemonte ha avviato con il bando “R
icerca Scientifica Applicata” del 2004 unsignificativo sforzo di supporto del sistem
a piemontese della ricerca.
I progetti di ricerca presentati sono stati 684, di cui l'80% da parte degli Atenei piem
ontesi.
La valutazione dei progetti e' stata affidata ad una Com
missione (N
ucleo tecnico scientifico diValutazione) , istituita con D
R n. 19 del 17/05/2005 e form
ata da 4 esperti indicati dal M.I.U
.R, da
5 esperti particolarmente accreditati, uno per ciascuno dei cinque settori d'intervento, e dai
responsabili delle Direzioni R
egionali coinvolte dal Bando.
Ai fini della selezione, il Nucleo di Valutazione si e' avvalso - per ogni singolo progetto - del
giudizio espresso da almeno un R
eferee esterno all'Ente di appartenenza del proponente ilprogetto. In totale i referee coinvolti sono stati 246.
Il Nucleo di valutazione ha operato a com
posizione variabile e le singole sottocomm
issioni,com
petenti per ciascun settore di ricerca, hanno proceduto alla stesura delle rispettivegraduatorie, successivam
ente approvate dalla Regione.
Il Centro N
IS ha partecipato al bando investendo sul coordinamento delle proposte progettuali e
dotandosi di un codice di autoregolamentazione basato sui seguenti principi:
• PR
E-SELEZION
Edelle proposte progettuali, al fine di far convergere i propri ricercatori su un
numero lim
itato di progetti ad alto impatto scientifico e tecnologico.
• PAR
TENA
RIATO
con gli altri centri di ricerca del territorio, in particolare con il Politecnico di
Torino, al fine di sfruttare al meglio le com
petenze disponibili.
Com
plessivamente sono stati finanziati 312 progetti di cui 146 con fondi da delibera C
IPE n.17/03
e 166 con risorse aggiuntive da delibera CIP
E n.20/04, con cofinanziamento regionale, per un
impegno finanziario com
plessivo di oltre 31 milioni di Euro.
Nel settore N
anotecnologiesono stati presentati 65 progetti di cui 21 sono stati selezionati e
finanziati secondo la seguente graduatoria.
Dei 21 progetti finanziati, 9 vedono o com
e proponente o come co-proponente un
ricercatore afferente al Centro N
IS. (Evidenziati in azzurro)
14
42
IL SISTEMA REGIONALE DELLA RICERCA
45 IL SISTEMA REGIONALE DELLA RICERCA
PIEMON
TE MICRO E N
ANOTECH
Sul territorio piemontese sono attive una m
olteplicità di iniziative di ricerca, innovazione eproduzione industriale, che pur procedendo con approcci differenti ed in settori apparentem
entenon contigui, si confrontano quotidianam
ente con le nanotecnologie. Si tratta per esempio delle
grandi e piccole realtà manifatturiere, alle prese con l’innovazione nel cam
po dei materiali, m
aanche di alcune nuove piccole im
prese nel campo delle biotecnologie, o dei settori tradizionali
del tessile e dei casalinghi sottoposti alle sfide dell’innovazione tecnologica.
La rete
dei laboratori
di ricerca
coinvolti nelle
nanotecnologie include
molti
laboratoriuniversitari, centri di ricerca industriali quali il C
entro Ricerche Fiat o l’Istituto D
onegani diN
ovara, istituzioni nazionali quali “L’Istituto Elettrotecnico Nazionale G
alileo Ferraris”, Centri del
CN
R, e m
olti altri. A questi attori, si aggiungono i laboratori di ricerca industriale nati dagli ateneiper servire le esigenze del territorio, quali ad esem
pio Tecnogranda (Politecnico di Torino per la
provincia di CN
) o NISLabVC
O (U
niversità di Torino per la provincia del VCO
), ed i Centri di
Eccellenza.
Da alcuni m
esi, molti degli attori di questo ricco scenario, hanno intrapreso un’iniziativa di
coordinamento m
irata alla costituzione di un vero e proprio Netw
ork Piem
ontese delle Micro e
Nanotecnologie, con la funzione di catalizzare e rafforzare le iniziative dei singoli attori, e di
accelerare la comunicazione scientifica ed il trasferim
ento tecnologico. Questo coordinam
entotrova l’appoggio degli enti pubblici territoriali e vede un’attenzione particolare delle C
amere di
Com
mercio e delle organizzazioni dell’industria e dell’artigianato, im
pegnate sul fronte dellacom
petitività delle aziende.
I laboratori pubblici coninvolti nell’iniziativa sono:
•U
niversità di Torino: vari Dipartim
enti, Centro di Eccellenza N
IS, C
entro di Eccellenza CEB
IOVEM
,
•P
olitecnico di Torino: vari Dipartim
enti, CH
ILab – Latemar,
Centro di C
ultura Materie P
lastiche, LAQ IN
TESE, LAQ IB
IS)
•U
niversità del Piem
onte Orientale: vari D
ipartimenti
•Istituto Elettrotecnico N
azionale Galileo Ferraris
–INR
iM, Laboratorio di
Nanotechnologie, M
ateriali Magnetici e Q
uantum com
putation
•C
NR
: Istituto di Metrologia G
. Colonnetti – IN
RiM
, Dip. N
anometrology
•C
NR
: Istituto di Scienza e Tecnologia dei Materiali C
eramici (ISTEC
)
•P
archi Tecnologici: BioIndustry P
ark Ivrea, Environment P
ark Torino, Tecnoparco del Lago M
aggiore, Tecnogranda
44
15
A questi si aggiungono numerosi laboratori e stabilim
enti industriali,attivi nei seguenti settori:
Autom
otive,
Information technologies,
Chim
ica
Dom
otica
Tessile
Agroalim
entare
Protezione A
mbientale
Sensori e misure
Diagnostica m
edica
Il Centro N
IS supporta il Netw
ork Piem
ontese Micro e N
anotecnologienella sua fase di definizione e costituzione form
ale. Maggiori inform
azionisaranno disponibili nei prossim
i mesi agli indirizzi:
ww
w.nis.unito.it
ww
w.polito.it
ww
w.ien.it
47
IL LABORATORIO NISLabVCO
Il Centro N
IS è impegnato da tem
po in attività di formazione e di collaborazione scientifica con
aziende ed
istituzioni dell’area
del Verbano-C
usio-Ossola.
Quest’area
vanta una
radicatatradizione industriale nei settori della chim
ica e del manifatturiero, ed ospita uno dei P
archiTecnologici del sistem
a piemontese. Su questi presupposti, il N
IS ha avviato la costituzione di unlaboratorio distaccato a Verbania, presso il Tecnoparco del Lago M
aggiore (NISLabVC
O).
Il laboratorio NISLabVC
O nasce dalla collaborazione tra il C
entro NIS dell’U
niversità di Torino el’Associazione per lo Sviluppo della C
ultura, della Ricerca e degli Studi U
niversitari nel VCO
(ARSU
niVCO
), e vede inoltre la partecipazione di:•
Società Aree Industriali e A
rtigianali S.p.a•
Tecnoparco del Lago Maggiore S.p.a.
•U
nione Industriale del VCO
•C
amera di C
omm
ercio Industria, Agricoltura e A
rtigianato del VCO
•B
anca Popolare di Intra S.c.a.r.l,
•C
entro Servizi Lapideo del VCO
, SCpA
Il laboratorio ha lo scopo di increm
entare le collaborazioni di ricerca tra Università ed Industria, di
condurre ricerca applicata nei campi delle nanotecnologie.
Il NISLabVC
O sarà in grado di intervenire in risposta a bisogni tecnologici delle aziende, utilizzando
risorse tecnologiche accademiche esistenti e personale ad hoc. D
a una estesa indagine condottanella fase prelim
inare del progetto, è emersa la necessità di un’offerta tecnico-scientifica
differenziata. NISLabVC
O m
etterà a disposizione le seguenti tipologie di servizi:
Int erviste / attivazione di contatti. Il partner accademico agirà com
e broker scientifico-tecno-logico, individuando le com
petenze necessarie all’avvio di un progetto o alla soluzione di unproblem
a, ricercandole sia al proprio interno che all’esterno.
Analisi bibliogr afica e brevettale.
I centri
di ricerca
accademici
godono di
un enorm
epatrim
onio documentale e dell’accesso alle principali banche dati internazionali di pubblicazioni
tecnico scientifiche, la cui consultazione efficace richiede competenze specifiche, ed è perciò
spesso preclusa ai ricercatori industriali, soprattutto nelle PM
I. Questa situazione produce un
sotto-utilizzo del patrimonio docum
entale, che può essere superato attraverso collaborazioni tral’accadem
ia ed i privati.
Analisi chim
ic o-fisiche.Talune problem
atiche industriali richiedono l’effettuazione di misure
chimico-fisiche secondo norm
e o procedure non standard. I laboratori di ricerca accademici
possono svolgere efficacemente ed a costi contenuti m
isure per conto terzi, soprattutto quandosi tratti di analisi non di routine o che richiedano strum
entazioni complesse. Tipiche attività di
questo tipo sono le campagne di prove su m
ateriali o processi, i piccoli impianti pilota, la
preparazione e l’analisi sistematica di lotti di sostanze e m
ateriali.
Pr ogetti di ricerca. La tipologia di collaborazione di più am
pio respiro è costituita da un vero eproprio progetto di ricerca, che vede la partecipazione congiunta dei tecnici dell’industria e deiricercatori ad un progetto innovativo. La ricerca opera su tecnologie non ancora m
ature per ilm
ercato, ma che potrebbero diventarlo a fronte di significativi m
iglioramenti tecnici o econom
ici.I progetti di ricerca più am
biziosi e dal ritorno comm
erciale più incerto richiedono investimenti
ingenti, ma possono spesso godere di finanziam
enti pubblici. In questo caso, il ruolo del NISLab-
VCO
sarà quello di coordinare l’accesso di un gruppo di ricerca misto industriale ed accadem
icoalle risorse m
esse a disposizione da bandi di finanziamento pubblici.
46
PIEMON
TE IDROGENO
La sfida dell' uso dell' idrogeno come vettore energetico del futuro si gioca
nel campo dei m
ateriali. Il Centro di Eccellenza N
IS è impegnato in num
erosiprogetti di ricerca in questo settore, riguardanti:
•m
ateriali per l'imm
agazzinamento dell'idrogeno
•catalizzatori e fotocatalizzatori per la produzione di idrogeno
•catalizzatori ed adsorbenti per la purificazione dell'idrogeno
•m
ateriali per celle a combustibile (elettrodi, catalizzatori, m
embrane)
•studi fondam
entali sulla comprensione dell'interazione dell'idrogeno
con i materiali
Queste ricerche vengono svolte attraverso progetti con partner pubblici e
privati, e trovano stimolo e coordinam
ento negli sforzi compiuti dalla R
egioneP
iemonte per creare un vero e proprio Sistem
a Idrogeno in Piem
onte.
La collaborazione con la Regione P
iemonte è resa possibile dalle B
orse diD
ottorato di Ricerca finanziate dalla R
egione Piem
onte nel quadro del Bando
Regionale R
icerca Applicata 2004 per ricerche sull'Idrogeno negli ateneipiem
ontesi per il triennio 2004-2006. Presso il centro N
IS sono attivi cinqueprogetti di questo tipo, strettam
ente coordinati a quelli analoghi condottipresso
il P
olitecnico di
Torino, l'U
niversità del
Piem
onte O
rientale e
l'HYSYLab:
Microporous m
aterials for Hydrogen Storage (Laura R
egli)
Quantum
mechanical studies of m
aterials for hydrogen storage (Javier Torres)
Alloys and intermetallic com
pounds for Hydrogen Storage (Jacopo U
rgnani)
Interaction of hydrogen with oxides in hydrogen storage m
aterials (Francesco Dolci)
Gold C
atalysts for hydrogen production and purification (Floriana Vindigni)
Per valorizzare questo portafoglio di progetti e
competenze, il N
IS ha scelto, in risposta al Bando
Regionale
Ricerca
Applicata
del 2005,
dipresentare un com
plesso progetto sull'idrogenoin collaborazione col P
olitecnico di Torino edH
YSYLab, mirato a supportare lo sviluppo di
nuovi materiali ed i progetti di dottorato già avviati. Il progetto:
“Materiali Innovativi per l'im
magazzinam
ento di Idrogeno”,coordinato dai P
rof. Marcello B
aricco e Giuseppe Spoto ha ottenuto
un finanziamento di 240.00 (vedi sezione B
ilancio), che consentesignifictaive acquisizioni di nuova strum
entazione ed un efficacecoordinam
ento con
gli altri
attori piem
ontesi nel
campo
dell'idrogeno.
Il NIS, in qualità di principale centro dell'U
niversità di Torino nelcam
po dell'Idrogeno, partecipa alle attività del Sistema P
iemonte
Idrogeno (SPH
2 ) w
ww
.hy-park.org
IL SISTEMA REGIONALE DELLA RICERCA1617
IL CONTRIBUTO DEL NISSCUOLE, CONFERENZE E SEMINARI49
48
SCU
OLE E C
ON
FEREN
ZE OR
GA
NIZZATE D
AL N
IS
• “Scienza dei Materiali: la frontiera dello sviluppo”. Il C
entro si è fatto carico del-l'organizzazione dell'edizione 2004 di questa fortunata serie di confernze, m
irate alladivulgazione dell'interesse per la scienza presso i giovani. G
li oratori di quest'annosono stati il P
remio N
obel per la Chim
ica Sir Harold K
roto (scopritore dei fullereni), edil D
irettore del Consorzio Interuniversitario N
azionale per la Scienza e Tecnologia deiM
ateriali, Prof. D
ante Gatteschi.
• Il giorno 20 Aprile 2004 è stato organizzato un incontro di presentazione dei laboratoridel
Centro
alle aziende
piemontesi,
organizzato in
collaborazione con
l'Unione
Industriale di Torino.
• Organizzazione del ciclo di C
onferenze “La Scienza e le scomm
esse del futuro”. IlC
entro è stato coorganizzatore – assieme all’U
nione industriale, all’Università di Torino
e alla Facoltà di Scienze M.F.N
. dello stesso Ateneo – di questo ciclo di otto incontri,svoltisi in parte nell’autunno 2005 ed in parte previsti per la prim
avera 2006, pensatoper avvicinare i giovani alla scienza, alle sue nuove scoperte ed applicazioni.
• Il centro, ancora prima della costituzione, aveva presentato il progetto della Scuola
Internazionale di Dottorato: “N
AN
OCAT 2003, H
ighlights in nanoscale catalystsdesign and engineering”, organizzata in collaborazione con l'U
niversità di Lione nelsettem
bre 2003 (http://ww
w.cpe.fr/nanocat-school2003/).
• Alcuni mem
bri del Consiglio Scientifico figurano anche tra gli organizzatori della
scuola NA
NO
CAT 2005(http://w
ww
.cpe.fr/nanocat2005/), tenutasi a Lione nel luglio2005.
• Anche “The Fourth International Workshop on O
xide Surfaces (IWO
X-4)”svoltosi aTorino ed Aussois nel gennaio 2005 ha avuto m
embri del C
onsiglio Scientifico delC
entro tra gli organizzatori.
• Il
convegno: “U
HM
WP
E
for arthroplasty:
degradation, stabilisation
andcrosslinking” si è tenuto a Torino il 18 m
arzo 2005 presso il Museo dell’Autom
obile conil patrocinio del N
IS
• La scuola “MSSC
2006 - Ab initio M
odeling in Solid State Chem
istry” è in corso diorganizzazione da parte di afferenti N
IS con il contributo del Centro.
• La scuola “Bulk M
etallic Glasses”, svolta nell'am
bito del MC
-RTN
“Ductilisation of
Bulk M
etallic Glasses (B
MG
s) by Length-scale Control in B
MG
Com
posites andApplications” è in corso di organizzazione da parte di afferenti N
IS con il contributo delC
entro.
IL CO
NTR
IBU
TO D
EL NIS A
LLA VA
LUTA
ZION
E NA
ZION
ALE D
ELLA R
ICER
CA
EFFETTUATA
DA
L CIVR
di Ugo Finardi
Il Com
itato di Indirizzo per la Valutazione della Ricerca (C
IVR) è un organism
o ministeriale
fondato nel 1998 a cui è affidato il compito fondam
entale di promuovere l’attività di valutazione
della ricerca attraverso il sostegno alla qualità ed alla migliore utilizzazione scientifica della
ricerca nazionale. La prima cam
pagna nazionale di valutazione dei prodotti della ricerca italianaha riguardato il biennio 2001-2003. P
ertanto il Centro di Eccellenza N
IS non rientra tra leistituzioni esam
inate. Tuttavia, i contributi inviati alla valutazione CIVR
dagli attuali afferenti NIS
negli anni 2001 -2003 possono fornire una misura della qualità della ricerca prodotta dai nostri
laboratori in quel lasso di tempo. Il m
etodo di valutazione, prevede che ciascun Ateneo selezionied invii per la valutazione un num
ero di prodotti eccellenti, proporzionale alla consistenzanum
erica del corpo dei ricercatori. Per quanto riguarda l’U
niversità di Torino due quinti dei lavoripresentati nel cam
po delle Scienze Chim
iche ed addirittura i tre quarti di quelli nell’Area SpecialeN
anoscienze e Nanom
ateriali hanno visto afferenti al Centro di Eccellenza tra i loro autori. Anche
i biologi afferenti al centro, che peraltro fanno parte di un’area (Area5) molto am
pia, in cui siritrovano non solo biologi m
a anche medici, hanno visto un loro lavoro inserito tra quelli
presentati al CIVR
. Anche gli afferenti in forza all’Università del P
iemonte O
rientale hanno dato– nonostante il loro num
ero esiguo – un contributo significativo alla valutazione di Ateneo, con unquarto dei prodotti presentati nell’Area 3.
Un altro dato im
portante da portare a testimone del buon livello della ricerca all’interno del N
ISè anche quello relativo ai lavori presentati dai C
onsorzi Nazionali di cui fanno parte afferenti al
Centro di Eccellenza. Infatti un certo num
ero di prodotti ha trovato posto nella valutazione diIN
CA (Istituto N
azionale per la Chim
ica dell’Ambiente) e IN
STM (Istituto N
azionale per la Scienzae la Tecnologia dei M
ateriali). Una piccola presenza di lavori si è anche verificata nella
valutazione di INFM
(Istituto Nazionale per la Fisica dei M
ateriali).
Particolarm
ente significativo è stato il risultato riportato dagli afferenti al NIS nella valutazione
della produzione scientifica di INSTM
nell’area delle Scienze Chim
iche (costituito da 44 “unità diricerca” facenti capo ad altrettanti atenei diffusi sul territorio nazionale). Infatti il N
IS ha vistonella valutazione dell’Istituto la presenza di 13 lavori su 88 presentati, ovvero il 15 per cento,nonostante i suoi afferenti facciano parte di una sola delle 44 unità (2.3%
).
Nei lavori inviati al C
IVR per la valutazione di IN
CA (80 unità di ricerca) erano inseriti 2 lavori N
ISsu 51 considerati per le Scienze C
himiche ed addirittura 2 su 4 per l’area speciale relativa ai
nanomateriali.
Innovative materials for hydrogen storage and generation
Cr sites grafted on am
orphous silica: experimental and
theoretical efforts joint to solve the mistery of the
Phillips catalyst
Am
orphous and Nanocrystalline A
lloys: State of the A
rt and Perspectives
Scanning Probe M
icroscopy and Nanotechnology
Nanostructured polym
eric systems
Nanostructured O
xide SurfacesN
ucleation: an interfacial phenomenon
Chem
istry and Spectroscopy of Carbon
and Carbon Surfaces
Ab Initio Sim
ulation of the Properties of
CrystallineSurfaces and Interfaces:
Progress and P
rospectR
ole of surfaces and interphases in photocatalysis: a m
ultidisciplinary approachC
ells and biomolecules on nanostructured surfaces
State of the art in zeolite catalysisN
anostructured materials for hydrogen storage: role of
surfaces and interfaces
5 luglio 200422-23 ottobre 2004
1 dicembre 2004
13-14 dicembre 2004
3 febbraio 200517-18 febbraio 200528 febbraio 200516 m
arzo 2005
19 maggio 2005
30-31 maggio 2005
29 giugno 200528-29 ottobre 200517 novem
bre 2005
NIS C
OLLO
QU
IA 2006/2007
IL PR
OG
RA
MM
A A
GG
IOR
NATO
È DISP
ON
IBILE A
LL'IND
IRIZZO
ww
w.nis.unito.it/colloquia.htm
l
Nanostructured O
xide SurfacesN
on stoichiometric oxides:
growth, properties and applications
Ram
an spectroscopy: a powerful technique
to characterize nano-materials
Olefin polym
erization heterogeneous andhom
ogeneous catalysts: structure-activity-selectivity relationship
Nanotechnologies and biophotonics:
new opportunities for cellular
and molecular im
aging.C
arbon based nanocomposites m
aterials
Solid/living-matter interaction at
the nano-level: nano-particles toxicity, biocom
patibility, bioactivityM
etallorganic framew
orks as new m
aterials for adsorption and catalysis
DATA
IND
ICATIVA
23-24 Marzo 2006
12 Maggio 2006
9 Giugno 2006
5-6 Ottobre 2006
Novem
bre 2006
Dicem
bre 2006
Gennaio 2007
Febbraio 2007
OR
GA
NIZZA
ZION
E
Elio Giam
elloAngelo Agostino, C
arlo Lamberti,
Marco Truccato
Adriano Zecchina,Alessandro D
amin
Adriano Zecchina, Elena G
roppo
Guido Viscardi,
Giuseppe C
aputo
Adriano Zecchina,D
omenica Scarano
Bice Fubini,
Gianm
ario Martra,
Claudio M
orterraSilvia B
ordiga, G
abriele Ricchiardi
NIS C
OLLO
QU
IA 2004 – 2005
UN ANNO DI NIS COLLOQUIA5150
UN
ANN
O DI NIS COLLOQU
IAC
on il secondo anno di attività del Centro di Eccellenza N
IS è terminata anche la prim
a serie dei“N
IS Colloquia”, una serie di tredici incontri, ciascuno dedicato ad una tem
atica scientificadirettam
ente connessa ad una o più attività del centro.
I Colloquia sono nati con l’intento di:
• divulgare il patrimonio di conoscenze scientifiche sviluppate all’interno del N
IS• offrire un servizio di form
azione multidisciplinare a livello internazionale
• stimolare la reciproca condivisione di risultati e prospettive fra i gruppi di ricerca
afferenti alle due Università P
iemontesi ed al P
olitecnico di Torino• perm
ettere a giovani ricercatori di presentare in maniera inform
ale i loro risultati ad unauditorio nazionale ed internazionale (educazione alla com
unicazione pubblica)• avvicinare rappresentati dei settori produttivi locali, con l’intento di avviare collaborazionisu specifiche tem
atiche con evidenti sbocchi applicativi e tecnologici• offrire un’occasione d’incontro capace di stim
olare la proposizione di progetti di ricercacom
uni finanziabili da enti esterni.
La segnalazione degli eventi è stata effettuata in maniera capillare usufruendo degli indirizzari
di posta elettronica degli afferenti il centro, dei rispettivi dipartimenti, consorzi associazioni varie
e gruppi di lavoro relative alle diverse discipline coinvolte.
È importante notare quale sia stata la com
posizione della platea che ha partecipato ai tredicieventi. Infatti, oltre ad un nutrito gruppo di affiliati N
IS (in particolare giovani ricercatori, studentidi dottorato e post dottorato) sono stati spesso presenti colleghi provenienti da altri ateneiitaliani e stranieri e esponenti dell’industria. Ai diversi colloqui infatti hanno partecipatorappresentati tanto di piccole e m
edie imprese del P
iemonte quanto di grossi gruppi industriali
sia nazionali che internazionali, attivi nei diversi campi in cui le nanoscienze e le nanotecnologie
hanno importanza significativa. Q
ueste presenze sono state sicuramente un im
portante segnaledi consapevolezza della necessità di una sem
pre maggiore integrazione tra ricerca di base ed
innovazione.
L’organizzazione dei Colloquia ha usufruito di un budget da parte del N
IS volutamente lim
itato,evitando ogni spesa di iscrizione per i partecipanti e rinunciando ad ogni tipo di lussuosom
ateriale stampato: Il contenim
ento del budget è stato anche reso possibile dal fatto che alcunioratori, tra i quali alcuni m
olto prestigiosi, hanno coperto parte delle loro spese di viaggio esoggiorno con fondi propri. Il fatto che m
olti relatori abbiano voluto partecipare a proprie speseai C
olloquia, mostra indirettam
ente come questi convegni abbiano raggiunto una capacità di
attrazione inaspettata, (circa 100 presenze per ogni evento).
Il contenimento dei costi è stato anche reso possibile dal fatto che l’organizzazione degli eventi è
stata interamente curata dagli afferenti il centro: Il centro N
IS ha infatti messo a disposizione un
giovane che ha curato gli aspetti logistici ed informativi;
Al termine di ciascun colloquium
gli oratori hanno in genere aderito all’iniziativa di raccogliere inform
ato pdf tutte le presentazioni che sono poi state inviate sotto forma di C
D a tutte le istituzioni
che hanno preso parte al singolo evento. Per ogni colloquim
è stata infine redatta una sinteticarelazione che ha dato origine alla publicazione originale: “Il Q
uaderno dei NIS C
olloquia”.
In definitiva l’esperienza dei NIS C
olloquia è stata estremam
ene positiva sotto tutti i punti di vista.P
artita come una serie di scam
bi scientifici per valorizzare i giovani ricercatori locali ed al tempo
stesso creare comunicazione scientifica a livello internazionale, l’iniziativa N
IS Colloquia si è in
breve tempo trasform
ata in un evento di notevole portata scientifica senza per questo perdere lasua sobrietà organizzativa.
UN ANNO DI NIS COLLOQUIA53
From all the presentations the follow
ing threeopen questions have been identified.
The heterogeneity
of the
amorphous
silicaleads to a high heterogeneity in the structure ofthe C
r sites: is it possible to simplify the
system? The dream
should be the presence ofonly one type of C
r site on the silica surface, sothat it should be possible to relate a precisestructure
with
the catalytic
performances.
Since it is impossible to correctly reproduce the
structure of the amorphous silica and the strain
properties of its surface by means of ab-initio
calculations, in order to compare theoretical
and experimental results a m
odel support isrequired. In the absence of a high surface areacrystalline
silica, the
following
“model
supports” have
been identified:
silicalite,sintered silica and SiO
2/Si(001). In all thesecases, characterization techniques present aproblem
of sensitivity due to the low C
r content.
Is it possible to compare the characterization
results and the polymerization properties
obtained in different experimental conditions
on different catalysts?From
the discussion item
erged that a possible solution could be thestudy of a battery of different sam
ples in exactlythe sam
e conditions. This requires a complex
exchange of catalyst samples and of technical
competences
among
different laboratories.
Only w
hen these conditions will be satisfied the
results about polymerization activity of different
catalysts can be compared. Am
ong all the stillopen questions, this joint effort could be usefulto
understand the
effect of
the activation
procedure on the catalytic performances and
the effect
of the
adopted polym
erizationconditions
(ethylene pressure,
temperature
etc.) on the TOF and on the num
ber of the activesites. The use of different and m
ore complex C
rligands, if from
one side may com
plicate thesystem
, from
the
other side
may
help in
identifying a
relationship betw
een structure
and catalytic performances.
Is it
possible to
identify the
initiationm
echanism?
The reduction of the complexity of
the system(few
types of sites, low reaction
speed, etc.) should be the starting point for anym
echanicistic investigations.
Provided
thiscondition is satisfied as better as possible, alsoenergetic and kinetic considerations m
ust betaken into account.
Actions
• Sharing of techniques and experimental apparatus
• Exchange of samples
• Training of young researchers (PhD
and PostD
oc)com
ing from the different laboratories
Costs: 800 Euro covered by N
IS
52
Different
Phillips
type catalysts
have been
discussed, obtained by varying both the silicasupport and the C
r precursors. Starting with
the industrial
Cr(VI)/SiO
2sam
ple, the
Cr(VI)/SiO
2 /Si(001), the Cr(II)/SiO
2 , CrR
4 /SiO2
(R =N
por N
s ), CrC
p2 /SiO2
and Cr(TAC
)/SiO2
systems have been considered, som
e of which
are active only in the presence of a cocatalyst.D
ifferent data in the field of characterization(dealing w
ith different techniques, such as IR,
Ram
an, D
RS
UV-Vis,
XAN
ES-EXAFS,
XPS,
SIMS, EP
R, etc.) and of polym
erization activity,very often not so easy to be com
pared among
each other, have been reviewed.
TargetAim
of the colloquium w
as the discussion of the more
recent results on the Phillips catalyst and its related
systems am
ong all the European research groupsinvolved in this field. The target w
as the identificationof a com
mon w
ork direction and the joining of theefforts in order to solve the still open questions in thefield. Integration am
ong the groups has been pursued alsothrough social events: Visit to “Salone del G
usto” andtrip in Alba to “truffle m
arket”
CrSITES GRAFTED ON AM
ORPHOU
S SILICA: EXPERIM
ENTAL AN
D TH
EORETICAL EFFORTS JOINT TO SOLVE
THE M
YSTERY OF THE PH
ILLIPS CATALYSTa cura di Adriano Zecchina ed Elena G
roppoO
ctober 22nd and 23rd 2004
A. ZecchinaO
pen problems and perspectives in facing the C
r/SiO2 catalyst:
a challenge for the futureN
IS TorinoD
. Donadio
Simulation of rare events: the surface relaxation of am
orphous silicaETH
ZurichE. G
roppoThe com
plex forest of the Phillips catalyst: finding the path to go from
the structure of the active sites to the catalytic activity
NIS Torino
R. B
lomP
eculiarities with the chrom
ocene catalystSIN
TEF Oslo
A. Quadrelli
Surface Organom
etallic chemistry of C
rR4
(R= C
H2 C
Me
3 , CH
2 SiMe
3 )on silica: com
parison and contrast with P
hillips catalystsC
PE Lyon
Visit to "Salone del Gusto“: italian and international foods and w
ines...how
to merge toxic C
hromium
with best food and w
ineC
ristina Nenu
Novel H
eterogeneous Cr-based catalysts for the trim
erization of ethylene
Utrecht U
niv.P. C
. Thüne The P
hillips catalyst on a square centimeter
Eindhoven Univ.
A. Dam
inTheoric studies on grafted C
hromium
NIS Torino
H. Freund
Single Metal A
toms on Silica and A
lumina
Fritz Haber Inst. B
erlin
ParticipantsThe C
olloquium w
as followed by about 50 persons,
coming
from
several different
groups of
theU
niversity of
Torino, from
foreign
University
orR
esearch C
enters (U
trecht U
niversity, Eindhoven
University,
ETH
Zurich,
CP
E
Lyon) and
fromindustries related w
ith the polyethylene production(P
olimeri Europa, Sintef, etc.). W
ith the exception ofthe group of B
ergen University (N
orway) and of Fritz
Haber Institute of B
erlin (Germ
any), all the europeanresearch groups involved in the P
hillips catalyst fieldhave been represented by at least one participant.The participation of people com
ing from industry w
asrelevant to stim
ulate the discussion. The contributiongiven by an expert in the silica sim
ulation highlightedthe com
plexity arising from the am
orphous nature ofthe support
5455
The main open issue appears to be the need
for ductilisation of the glass which m
ay beachieved by producing com
posites.
The m
agnetic properties
of nanocrystalline
alloys were dealt w
ith at length. One of the
major future breakthrough could com
e fromthe developm
ent of wet chem
istry techniquesfor
deposition of
active layers
forperpendicular recording devices.
Applications of fine grained materials in the
field of
both soft
and hard
magnets
were
covered. For hard Nd-Fe-Al alloys, there is
challenge in producing a uniform glassy phase
which can then be devitrified to fine crystals-
single dom
ain. C
ontrolled devitrification
isalready achieved in som
e soft magnetic alloys.
Here
the advancem
ent appears
theoptim
ization of the multicom
ponent materials
in term of com
position and thermal treatm
ent.
The formation of B
MG
’s needs fine control ofthe
purity of
the m
aterial to
avoid the
nucleation of crystals and the development of
suitable casting technologies.
Fundamental issues are still open in order to
define the glass forming ability of m
elts. Theseappear to behave as strong liquids as opposedto fragile non-glass form
ers. The kinetic andtherm
odynamic
parameters
used to
definesuch property have been review
ed.L. B
attezzatiM
elt fragility and the glass transition in alloys NISTorino
T. Kulik
Magnetically Soft N
anomaterials for H
igh-Temperature A
pplications N
anoCentre W
arsawP. L. C
avallotti M
aterials for perpendicular recordingP
olitecnico Milano
P. Tiberto N
anocrystalline hard magnetic alloys IEN
GF Torino
S. Enzo K
ineticsofamorphous-to-crystal transform
ations by quantitativepow
der diffractionU
niversità di SassariM
.Baricco
Bulkm
etallic glasses NIS Torino
P. Riello
Applicationsof low
angle scattering Università di Venezia
G. M
aizza U
ltrafast sinteringof nanostructuredpowders P
olitecnico Torino
AMORPH
OUS AN
D NAN
OCRYSTALLINE
ALLOYS: STATE OF THE ART
AND PERSPECTIVES
a cura di Livio Battezzati
Decem
ber 1st 2004
Various types of bulk metallic glasses (B
MG
)w
ere discussed. Examples of com
position aregiven below
:
•Zr-based :Zr52.5 Ti5 C
u17.9 Ni14.6 Al10
•Fe-based: Fe61 C
o7 Zr10 Mo5 W
2 B15
•Mg-based:
Mg60 C
u30 Y10•N
d-based: N
d70 Fe20 Al10
with em
phasis on their superior mechanical
properties such as high elastic limit and high
strength. Their
structural and
mechanical
characterization was described (techniques of
interest are: nanoindentation, hardness andcom
pression tests, XRD
including the use oflarge scale facilities, H
RTEM
etc.).
TargetAim
of the colloquium w
as to discuss the state of theart and future perspectives in the production andproperties of am
orphous and nanocrystalline alloys.The target w
as to review the m
ost recent issues onquenchability of alloys and the com
position rangesfor easy glass form
ation. Properties of interest w
erem
agnetic, mostly for nanocrystalline alloys obtained
from am
orphous precursors and electrodeposition,and m
echanical for bulk metallic glasses.
Participants
The C
olloquium
was
followed
by about
40people,com
ing from the U
niversities of Torino,Venezia and Sassari, the Istituto N
azionale Galileo
Ferraris di Torino, and from the P
olitechnics ofTorino and M
ilano. As a foreign guest, the Director
of the Nano C
entre of Excellence in the TechnicalU
niversity of
Warsaw
w
as invited.
A
fewparticipants cam
e from industries interested in
the exploitation
of bulk
metallic
glasses in
electromagnetic devices and in nanostructured
Actions
• Discussion on future EU
proposal.• Training of young researchers (P
hD and
PostD
oc) coming from
the different laboratories.
UN ANNO DI NIS COLLOQUIA
Costs: about 1000 Euro covered by N
IS
Magnetic nanocrystals in a glassy m
atrix
Crystallization
followed by
XRD
at the syncrotron.
Particular
attention w
as focussed
on the
description of
quantum
point contacts
onG
aAs/AlGaAs and then on the recent results
concerning
the nanofunctionalization
ofdiam
ond hydrogenated
surfaces by
LAO
,together w
ith the analysis of the effect of thedifferent param
eters involved in the process.W
ithin this technique, a further contributiondealt
with
the investigation
of nanoscale
processes occurring during local graphitisationof diam
ond-like carbon thin films. A new
SPM
system,
called N
anoworker,
allowing
toperform
nanolithography and monitoring the
whole process in real tim
e, as well as its use as
tool for lithography, manipulation and m
appingon nanom
eter scale has been presented. Inaddition
its ability
to perform
dynam
icploughing
and spatially-resolved
LAO
on
semiconductor
and m
etallic substrates,
together with dip-pen nanolitography (D
PN
)and carbon nanotubes m
anipulation has beendescribed.
UN ANNO DI NIS COLLOQUIA57
ParticipantsThe C
olloquium w
as followed by about 40 people,
coming
from
foreign and
italian U
niversities or
Research
Centers:
University
College
of London,
UJF–LEP
ES/CN
RS
of G
renoble, IFW
of
Dresden,
Universities
of Torino,
Bologna,
Genova,
Trieste,Istituto N
azionale Galileo Ferraris, Italian N
ationalR
esearch Council (C
NR
) and Politecnico of Torino.
Actions
• Sharing of fundamental know
ledge and practicalproblem
s as a starting point for future collaborations.• Training of young researchers (P
hD and P
ost Doc)
coming from
the different laboratories.
56
The colloquium w
as opened with a lecture,
devoted to the discussion of the mechanism
ofthe im
age formation, in term
s of tip–surfaceinteractions, their m
easurement by dynam
icforce
microscopy
in com
parison w
iththeoretical m
odels. This approach allowed to
provide information about the surface-probe tip
system and the physical changes occurring
during the scanning process.
As far as the morphology of a w
ide class ofm
aterials is concerned, AFM has been show
nto have a relevant role in identifying on thesurfaces the presence of aggregates, defects,such as steps, kinks or even to define the latticeperiodicity of w
ell ordered crystals systems.
Within this field, the surface m
orphology ofm
any polycrystalline
materials
has been
imaged and com
pared with spectroscopic data,
in order to correlate phenomena occurring at
atomic level w
ith the real structure of thesurfaces. Then electrical m
odes-based AFMtechniques
were
widely
discussed w
ithparticular
attention to
Electric Force
Microscopy
(EFM),
Scanning Spreading
Resistence
Microscopy
(SSRM
), Scanning
Capacitance
Microscopy
(SCM
) and
Kelvin
mode.
Their application
to the
study of
electrical properties
of sem
iconductornanostructures,
together w
ith the
manipulation-detection of single charges have
been presented. Moving then to the use of
SPM
s on soft materials, particular em
phasisw
as given
to the
study of
the m
echanicalproperties of isolated polym
er chains as well as
to the
monitoring
of dynam
ic processes
occurring in polydisperse molecular system
sphysisorbed
at solid-liquid
or solid-gas
interfaces. Effects such as the perturbation ofthe
electronic states
of adlayers
and the
occurrence of
chemical
reaction w
ere also
reviewed.
In the
second part
of the
colloquium
theproduction of nanostructures by ion erosionand
molecular
beam
hepitaxy for
many
materials,
ranging from
sem
iconductors to
metals, from
glasses to ionic crystals, was at
first discussed, by highlighting the elementary
processes on which their form
ation is basedand
their potential
applications in
nanotechnology. The
discussion has
thenm
oved to the description of the local anodicoxidation (LAO
) technique, as an effective toolfor
patterning the
surface of
a conductive
sample and then to the study of the chem
icalproperties
of the
LAO
obtained structures.
TargetAim
of the colloquium w
as to share recent resultsand developm
ents in the field of SPM
microscopies,
mainly
atomic
force m
icroscopy and
relatedtechniques, am
ong some European groups involved
in this field. In the first part of the colloquium the use
of SPM
techniques as tools for the characterisation ofm
aterials was highlight, w
hereas in the second partthe
most
recent applications
in the
field of
nanotechnology were review
ed.
SCANN
ING PROBE M
ICROSCOPY AN
D NAN
OTECHN
OLOGYILa cura di C
laudio Manfredotti e D
omenica Scarano
Decem
ber 13rd - 14th 2004
Claudio M
anfredotti, NIS Torino Introduction
A. ShlügerM
easuring the force of individual surface ionsU
niversity College London
F. Marchi
Atom
ic Force Microscopy and related techniques: new
ways and tools to
explore the nanoworld
University of G
renoble, UJF-LEP
ES/CN
RS
P. Samorì
Scanning probe microscopies beyond im
aging ISOF – C
NR
Bologna
S. Bertarione
Imaging the surface m
orphology on nanostructuredmaterials by atom
ic force m
icroscopyN
IS TorinoU
. ValbusaThe nanostructure zoo
Università di G
enovaG
. Mori
Chem
ical and transport propertiesof nanostructures fabricatedby local anodic oxidation
INFM
-TASC Trieste
C. M
anfredottiN
anofunctionalization of diamond surfaces by local anodic oxidation
NIS Torino
P. Pingue
The Nanow
orker: a user-friendly approach to SPM
-based nanolithography and nanom
anipulationN
EST - INFM
Pisa
T. Muehl
STM-based nanolithography of diam
ond-like carbon films
IFW D
resden
Costs: about 700 Euro covered by N
IS
58
Polym
er system
s tipically
show
nano-structuration
at the
molecular
and supra-
molecular level, w
ith different possibilities ofm
olecular architecture, morphological organi-
zation and distribution of chemical function-
alities. This
feature brings
to a
variety of
situations from
self-assembling
and self-organizing
materials, to self-adaptive, tunable
hydrophobic – hydrophilic surfaces, to opticaland
electro-optical responsive
films
andnanocom
posites.
Colloidal and interfacialmethods for synthesis
of organic-inorganic hybrid nanoparticlesw
ithcontrolled
morphology
and stability
were
described. The
interest is
not only
for the
characteristics of the materials, but also for the
environmental advantages and biocom
patibilityof the w
ater-based polymer system
s.
The hybrid polymer film
s can form distinct
morphologies w
hich remain even under severe
ageing conditions. In addition to maintaining
the nanoparticle
shapesand
surfacem
orphology,it has been shown that com
pleteinhibition
of surfactant
migration
may
beachieved.
Block copolym
ers (BC)
are a particular usefultool for fabrication of nanom
aterials because oftheir intrinsic dim
ensions, ease of processingand peculiar m
esophase separation which give
self-assembling both in solution and in bulk.
Recently developed techniques of controlled
radical (living)
polymerization
allow
for the
obtainment
of w
ell-defined architectures
where a w
ide range of chemical functionalities
may be incorporated.
The nanostructured materials are obtained by
direct application of self-assembled B
Cs or
after selective chemical isolation (degradation,
dissolution, pyrolysis,
etc.) of
one or
more
blocks. Alternatively, films obtained from
BC
s
TargetA
im
of the
colloquium
was
to discuss
recentdevelopm
ents and
future perspectives
in the
production and properties of nanostructured polymer
materials for functional applications.
The target was to highlight joint cooperative efforts
for synthesis,
control and
characterization of
macrom
olecular structures
capable of
displayingtunable surface, optical and chem
ical properties.
SISTEMI POLIM
ERICI NAN
OSTRUTTU
RATIa cura di O
scar Chiantore
3 Febbraio 2005
Oscar C
hiantore, NIS Torino Introduzione
V. Castelvetro
Sintesi colloidali e interfacciali per la generazione di materiali ibridi e
funzionali a morfologia nanostrutturata
Dipartim
ento di Chim
ica e Chim
ica Industriale, Università di P
isa D
. Scalarone D
inamica e stabilità di superfici in film
polimerici organici e ibridi
NIS, U
niversità di Torino J. M
. Kenny
Funzionalizzazione di nanotubi di carbonio per nanocompositi a m
atrice polim
erica Università di P
erugiaM
. LazzariC
opolimeri a blocchi per la fabbricazione di m
ateriali nanostrutturati N
IS, Università di Torino
A. Pucci
Preparazione e proprietà ottiche di sistem
i nanostrutturati cromoforici
dispersi in matrici polim
ericheD
ipartimento di C
himica e C
himica Industriale, U
niversità di Pisa
are used
as tem
platesfor
fabricationof
nanoreactorsand nanom
aterials(nanow
ires,nanotubes, nanoposts, nanopores).
Nanostructured
carbons and
Carbon
nano-tubes are also produced from
BC
templates,
and the issues related with functionalisation of
carbon structures have been covered.
Photoresponsive nanoparticles
dispersed inoriented polym
er films have been discussed,
with their potential practical applications as
displays, optical coatings, special inks, smart
packaging.
Other
applicationsof
the nanostructured
polymer system
s are: functional coatings (self-cleaning,
ultra-hydrophobic), catalysis,
photoelectronics, solar
cells, biosensors,
bioencapsulation.
59
ParticipantsThe C
olloquium w
as followed by m
ore than 40people from
different groups of the Universities
and the Politechnics of Torino and M
ilano.P
articipants came also from
industries interestedin production and applications of polym
er films,
special coatings and packaging.
Actions
• Discussion on collaborative research projects
and planning of future interactions. •
Training of
young researchers
(PhD
and
PostD
oc) coming from
the different laboratories.
Costs: 50 Euro covered by N
IS
UN ANNO DI NIS COLLOQUIA
world of italian surface science w
ere presentedby
Gaetano
Granozzi,
(Padova,
new
oxidicphases grow
n on metal single crystal), M
arioR
occa (G
enova, oxidation
of stepped
silversurfaces),
Sergio Valeri
(Modena,
nanotechnological applications at the metal-
oxide interface) and Andrea Atrei (Siena, thinnickel oxide film
s).
The w
orld of
polycrystalline oxides
was
represented essentially by the groups acting inTorino in the context of N
IS except for thelecture given by G
uido Busca (G
enova) on thevibrational
analysis of
oxides supported
onoxides. Am
ong the Torino’s contributions thetalk of M
ario Chiesa described the interaction
between alkali m
etal atom and the surface of
ionic oxides
as seen
by EP
R
spectroscopy,
introducing a possible way to rationalize the
metal
support interaction.
The theoretical
chemistry groups in Torino w
ere representedby P
iero Ugliengo (m
odelling of hydroxyapatitein
bioglasses) and
Annamaria
Ferrari. H
ercontribution on oxide subm
onolayers on metals
was strictly connected to the surface science
experimental activity in Padova and M
odena.
Finally a number of experim
ental contributionscam
e from N
IS people on various subjectsincluding nanostructured zinc oxide (D
omenica
Scarano), surface
hydration of
ionic oxides
(Gianm
ario M
artra), surface
properties of
zirconium dioxide (G
iuseppina Cerrato), new
oxide based
sensor m
aterials (Federica
Prinetto) and potentiality of oxide system
s inthe storage of m
olecular hydrogen (Donato
Cocina).
The colloquium w
as opened by the lecture ofG
ianfranco P
acchioni (M
ilano B
icocca)focussing on a particularly “hot” topic i.e. thedeposition of m
etal atoms on M
gO, SiO
2 , andTiO
2surfaces and thin film
s with particular
attention to the phenomenon of atom
s chargingby delocalisation of surface trapped electrons.The dram
atic consequences of the charging onthe
metal
reactivity w
as investigated
byP
acchioni’s group
with
state of
the art
theoretical calculations
and continuously
compared w
ith experimental results of leading
experimental groups of surface science.
Outstanding
contributions com
ing from
the
ParticipantsThe
Colloquium
w
as follow
ed by
nearly 100
persons, coming from
various groups of theU
niversity of
Torino, from
other
ItalianU
niversities (M
ilano, M
ilano P
olitecnico,P
iemonte
Orientale,
Ferrara, Siena,
Padova,
Genova)
and
from
various public
researchinstitution
(CN
R)
and private
companies
Actions
•Discussions on possible joint project including
EC projects.
Costs: 400 Euro covered by N
IS
Elio Giam
ello, Università di Torino e N
IS Introduzione ai lavoriG
. Pacchioni
Charging of m
etal atoms deposited on M
gO, SiO
2 , and TiO2
surfaces and thin film
s: mechanism
s and consequences D
ipartimento di Scienza dei M
ateriali, Milano B
icoccaP. U
gliengoR
ole of calcium hydroxyapatite in bioglasses: ab-initio
characterization of its surface propertiesD
ipartimento di C
himica IFM
e NIS, U
niversità di TorinoD
. ScaranoSynthesis and surface characterization of ZnO
-based materials:
from single crystals to m
icroporous nanostructuresD
ipartimento di C
himica IFM
e NIS, U
niversità di TorinoG
. Martra
Hydration of oxide surfaces. A
case study: modulation of M
gO surface
reactivityD
ipartimento di C
himica IFM
e NIS, U
niversità di TorinoM
. Chiesa
Interactions of ns1 atoms w
ith the surface of ionic oxides D
ipartimento di C
himica IFM
e NIS, U
niversità di TorinoG
. Busca
Ossidi supportati su ossido: uso delle vibrazioni fondam
entali e di sovratono per la determ
inazione della molecolarità
Dipartim
ento di Ingegneria Chim
ica, Università di G
enovaF. P
rinettoStudy of new
gas sensor materials obtained from
Pt/Zn/A
l layered double hydroxides
Dipartim
ento di Chim
ica IFM e N
IS, Università di Torino
D. C
ocinaA
dsorbimento di idrogeno alla superficie di ossidi nanostrutturati
Dipartim
ento di Chim
ica IFM e N
IS, Università di Torino
G. G
ranozziP
reparation and structure of oxide nanostructures on metal single crystals
Dipartim
ento di Chim
ica, Università di P
adovaM
. A. Rocca
HR
EELS, XPS and m
olecular beam studies of the oxidation of stepped
metal surfaces.
IMEM
-CN
R Sez. di G
enova and INFM
, Dip. di Fisica, U
niv.`di Genova
G. C
erratoC
aratterizzazione morfologico-strutturale di sistem
i a base di ZrO2
di potenziale im
piego in ambito catalitico
Dipartim
ento di Chim
ica IFM e N
IS, Università di Torino
S. ValeriM
icro-nano strutturazione di sistemi m
etallo-ossidoIN
FM - N
ational Research C
enter on nanoStructures and bioSystems at
Surfaces (S3), and Dipartim
ento di Fisica, Univ. di M
odena e Reggio Em
iliaA. Ferrari
Struttura e reattività di sub-monolayer di ossidi supportati su m
etalli D
ipartimento di C
himica IFM
e NIS, U
niversità di TorinoA. Atrei
Nichel e ossido di nichel su A
g (100)D
ip. di Scienze e Tecnologie Chim
iche e dei Biosistem
i, Univ. di Siena
UN ANNO DI NIS COLLOQUIA61
H2O
on MgO
(100) on Ag(100).Altieri,Valeri et al. M
odena
Polycrystalline M
gO. TEM
image by
G. Spoto (Torino)
60
TargetAim
of the colloquium w
as to bring together italianscientists
working
in the
field of
the surface
properties of metal oxides. This area is characterized
by the strong interaction between experim
entalistsand theoreticians as, ow
ing to the recent tremendous
increases of
the com
putational capabilities,
theresults of surface m
odeling are nowadays fruitfully
comparable w
ith the experiments. Sim
ultaneouslythe C
olloquium aim
ed to compare the approaches
and the results of experimentalists w
orking on singlecrystal faces or on ultrathin oxide layers epitaxiallygrow
n on a support (Surface Science) with those of
the classic
surface chem
istry perform
ed on
polycrystalline systems. Also in this case an efficient
dialog between the tw
o comm
unities is now possible
as the
surface chem
istry and
spectroscopy of
nanostructured oxide can often reach a detail ofdescription com
parable to that of surface science
NAN
OSTRUCTU
RED OXIDE SURFACES
a cura di Elio Giam
elloFebruary 17th-18th 2005
harmonic w
avelengths externally controlled byan electric field.
Atomic clustering m
ay be difficult to spot in thebulk of m
etals. Advancements in techniques
such as positron annihilation help in analyzingthe local chem
istry around defective sitesand
its evolution in time.
ParticipantsThe C
olloquium w
as followed by about 40 people,
coming
from
the U
niversities of
Torino and
Genova, the IEN
I-CN
R of G
enova, and from the
Politechnics of Torino and M
ilano. As a foreignguest, a m
ember of the N
ano Science Centre in
the U
niversity of
Copenhagen
was
invited.P
articipants came also from
industries interestedin the production of fine particles, autom
otivem
aterials and nanostructured steel.
Actions
• Discussion on collaborative research projects.
• Training
of young
researchers (P
hD
andP
ostDoc) com
ing from the different laboratories.
Costs: about 600 Euro covered by N
IS
The topic is a long-standing one: Farhenheitobserved
undercooling of
pure w
ater and
Roberts-Austen of various m
etals and alloys.N
owadays,
with
phase field
models
phenomena
such as
dendrite grow
th are
convincingly described.
How
ever, the
activation barriers to crystal formation
is stillan open point to be tackled in every single newm
aterial.
The subject
was
treated from
the
fundamentals: the therm
odynamics of cluster
formation as
well
as of
wetting
and the
kinetics of atomic attachm
ent.The
latestadvancem
ents concern the derivation of drivingforces from
computer optim
isation of phasediagram
s and
atomistic
simulation
ofclustering.
Interfacial energies,
however,
remain a difficult task
Particles of nanometer size
embedded in a
crystal matrix can take up peculiar shapes and
perform
motion
along crystal
defects:phenom
ena which are not explained yet.
The formation of crystals in polym
ersm
ustaccount not only for chem
ical aspects but alsofor m
echanical energy input including the rateof application of stress. This has relevance forvarious
applications of
plastics. Q
uitesurprisingly,
mechanical
stresses can
alsoinfluence
nucleation in
metallic
glasses of
some com
positions where the propagation of
shear bands locally enhances atomic m
obility.
Nucleation is param
ount for the production offine grained catalysts. The num
ber and size ofm
etal particlessupported by an oxide w
illdepend m
arkedly on the chemical nature of the
substrate itself affecting the catalytic activityof
the metal. Analogously, m
etal nanoparticlescan be grow
n to the desired extent in a glassand
the m
aterial be
used as
a non-linear
electro-optical device,
to generate
second
UN ANNO DI NIS COLLOQUIA63
Crystal
free glass filam
ent aftertensile test
Ageing ofAlZnM
g
62
TargetN
ucleation is a central issue in materials science. It
has implications in the production of fine particles as
well as bulk m
aterials, one of the key examples being
solidification. Aim of the colloquium
was to present
up-to-date review
s on
aspects of
nucleation in
various materials. It w
as also aimed at providing
examples of advanced characterization techniques
for the study of early stages of crystal formation from
various m
atrices.
NU
CLEATION:
AN IN
TERFACIAL PHEN
OMEN
ONa cura di Livio B
attezzatiFebruary 28th, 2005
Livio Battezzati N
IS Torino, Introduction: nucleation fundamentals and open points
E. Johnson P
roperties of nanoscale solid and liquid lead inclusions in aluminium
as seen by TEM
Nano Science C
enter, University of C
openhagenA. D
upasquierP
ositron annhilation spectroscopy of clustering in Al alloys
Politecnico M
ilanoG
. C. Alfonso
Theory and practice of crystal nucleation in polymeric m
aterialsU
niversità Genova
L. Costa
Fracture of climbing ropes: a case study on polym
er crystallisationN
IS TorinoA. P
asserone Interfacial energies and w
ettabilityC
NR
Genova
P. Rizzi
Nucleation in am
orphous alloysN
IS TorinoM
. Manzoli
Nanosized gold particles: m
orphology and propertiesN
IS TorinoM
. Ferraris N
ucleation and growth of m
etal nanoclusters in silica glass for photonic applications
Politecnico Torino
initially generated, then at later stages a more
compact C
/C com
posite material is form
ed,w
hich shows a high graphitization degree. The
obtained results demonstrate that the catalytic
method
affords an
effective and
lowtem
perature way to synthesize carbon-carbon
composites ranging from
microporous to m
orecom
pact materials, w
here the role of metal
particles in promoting the form
ation of a densecarbon m
atrix is highlighted.
The acquired knowledge on these m
aterialsallow
ed to become m
ore active interlocutorsof the industry involved in the production of thelight w
eight composites for high-perform
ancem
aterials, such as advanced tissues. How
everit is notew
orthy that the synthesis of newordered structures represents a challenge ofm
aterial science.
65
ParticipantsThe C
olloquium w
as followed by about 50
persons, coming from
several differentgroups of the U
niversity of Torino, fromthe P
olitecnico of Torino and Milano and
from
industries related
with
the production
of carbon-based
materials
(Ozella-FTS
Saiag group).
With
theexception of the Sparco industry, m
ost ofthe
relevant research
groups (from
university and industry) involved in thecarbon field attended the m
eeting, givinga
significant contribution
to the
discussion on this frontier topic.
Actions
• Sharing of fundamental know
ledge andpractical problem
s. Placing techniques
and experimental apparatus at industry’s
disposal. Training of young researchersw
ithin PhD
and PostD
oc courses.
Costs: 300 Euro covered by N
IS
64
Starting from
a
general introduction
concerning the
spectroscopiccharacterizations of am
orphous carbon-basedm
aterials, several
kinds of
nanostructuredcarbons:
nanotubes and
replicas of
mesoporous
silicas or
zeolites, until
tocom
posite systems have been discussed and
compared to “classical” am
orphous carbons,w
ith the aim of finding m
aterials for feasibleapplications
in the
fields of
catalysis, gas
storage (H2 , C
H4 ), optics, etc. An exhaustive
discussion on
the application
of R
aman
spectroscopy to the study of condensed phasesystem
s was also given, together w
ith a varietyof other characterization techniques, such asFTIR
, FTIR
-DR
, U
V-vis, E
PR
, photo-
luminescence, XR
D, SEM
, TEM, AFM
and ofchem
isorption activity.
In m
ore detail
anaccurate investigation on pure and hydrogen-doped
amouphous
carbons has
beenpresented, w
ith particular emphasis to the role
of nitrogen
on the
properties of
the local
structure (porous or compact) of the obtained
materials.
As
far as
the production
ofcrystalline and nanostructured carbons, newsynthesis procedures have been discussed by
the different groups, whose relevant results
will be briefly sum
marized in the follow
ing.
Carbons
coming
from
the m
ore traditional
thermal-oxidative
degradation processes
ofpolyvinyl precursors are studied for the firsttim
e by
means
of transm
ission-reflectionm
icro FTIR technique, w
hich allows the study
of the structure of dark insoluble materials. It
is known that the char form
ation, stable at hightem
peratures, is one of the possible strategiesof fire retardancy.
On an other side, carbons characterized by a
tailored porous structure have been obtainedby a casting procedure, starting from
template
systems
such as
SBA
-15 silica
andcom
mercial N
a-Y zeolite, following literature
recipes. As far as the carbon replicas areconcerned,
XRD
spectra
showed
that the
hexagonal structure of the parent silica ism
aintained w
ith SB
A-15
replicas and
thatordered carbon replicas have been obtainedalso from
Na-Y zeolite. O
n account of their highporosity and low
specific weight, they could be
promising
media
for hydrogen
storage, a
challenge of materials science.
Furthermore the discovery of fullerene and
carbon nanotubes has shown the possibility to
obtain ordered and non-conventional carbonstructures. O
n these bases catalytically grown
nanofilaments on conventional carbon fibres
have been described. A “porous nanotissue”w
hich interconnects
the original
fibres is
TargetAim
of the colloquium w
as to highlight the recentresults concerning the study of carbon and carbonsurfaces
and its
related system
s, am
ong local
research and industry groups involved in this field.The
target w
as to
define the
peculiar level
ofknow
ledge and experience of each group in order tostart a joint w
ork in the field.
G.Zerbi
Lo spettro vibrazionale come ‘probe’ della chim
ica e fisica dei materiali
carboniosi amorfiP
olitecnico Milano
L.Costa
Formazione di carboni da polim
eri polivinilici NIS Torino
F.Zaglia A
pplicazioni della fibra di Carbonio per particolari destinati a carrozzerie
di autovettureSparco S.p.A. Leinì(To)
A.TagliaferroR
uolo dell’azoto nel determinare le proprietà dei film
nanostrutturati di carbonio am
orfoP
olitecnico TorinoB
.Bonelli
Sintesi e caratterizzazione di carboni nanostrutturati:breve riepilogo delle attività in corso al P
olitecnico di TorinoP
olitecnico TorinoL.M
ezzoD
alla grafite ai nanotubi: evoluzione dei tessuti a base di filati ad alto m
odulo per la produzione di materiali com
positi strutturali O
zella-FTS S.Maurizio (To)
F.Cesano
Com
positi a base carbonio: sintesi, caratterizzazione spettroscopica e m
orfologico-strutturaleN
IS Torino
CHEM
ISTRY AND SPECTROSCOPY
OF CARBON AN
D CARBON SU
RFACESa cura di Adriano Zecchina e D
omenica Scarano
March 16th 2005
UN ANNO DI NIS COLLOQUIA
This meeting is one of the “N
IS Colloquia” w
hich areinform
al discussion meetings prom
oted periodicallyby
our C
entre of
Excellence,
and aim
ed at
networking and spreading its research initiatives.
The ab initio simulation of com
plex chemical objects
is becoming standard practice in m
any branches ofM
aterial Science. The case of crystalline surfacesand interfaces is a particularly difficult one becauseof the low
symm
etry and highly defective nature of
these system
s. M
ore pow
erful and
accuratesoftw
are is
needed, and
sometim
es new
interpretative tools are required in this area ofresearch. In its tw
o sessions, the present meeting
intends to highlight recent progress and prospectivew
ork in these directions. Activity taking place in thefram
e of NIS w
as illustrated, but other lines ofprogress w
ere also represented at the meeting
through contributions from outstanding scientists.
67
The C
olloquium
started w
ith an
invitedcontribution by M
ichele Parrinello. He brightly
outlined the status and perspectives of ab-initioM
olecular D
ynamics,
and presented
inparticular
recent ideas
by him
self and
hisresearch group, on how
to get a rough, but well
balanced description of the Born-O
ppenheimer
surface in comparatively few
“time steps”. The
discussion that followed show
ed that, among
present-day computational tools, those based
on Parrinello ideas are now generally believed
to be among the m
ost promising ones in order
to get thermo-chem
ical information on such
complex
processes as
may
occur at
solidsurfaces.
Cesare Pisani
andLorenzo M
aschioprovided
information on the progress of a com
putationalproject, C
RYSC
OR
. It is aimed at im
plementing
a new
code,
capable of
accounting for
correlation effects in periodic structures, byadopting a post-H
F local-correlation approach.This is im
portant also for providing a firmreference for assessing the reliability of D
FTform
ulations to be applied in surface-scienceapplications. R
affaele Resta
related about theelectric properties of solids and surfaces froma fundam
ental and new view
point. His ideas
may
provide useful
interpretative
tools,especially
as concerns
the equilibrium
structure of
ionic surfaces.
Michel
Rérat
showed
how
to
calculate the
dispersioncoefficient of the van der W
aals interactionbetw
een a molecule and a crystalline surface,
from
the ab-initio
determination
of their
frequency-dependent dynamic polarizabilities.
The simulation of the vibrational spectra of
crystalline solids with the C
RYSTAL program
was
the object
of R
oberto D
ovesi’scom
munication,
which
concluded the
firstsession. The pow
er and accuracy of the newly
implem
ented facility of CR
YSTAL was clearly
demonstrated.
On
the next
day, the
comm
unications by Michele Catti, B
artolomeo
Civalleri
and Sergio
Tosonigave
furtherevidence of the pow
er of the new “vibrational
facility” of CR
YSTAL, with reference to different
applications. C
atti show
ed how
the
quasi-harm
onic approximation, coupled w
ith Bose-
Einstein statistics
can be
used for
thermodynam
ic sim
ulations, and
theArrhenius-like form
ulation of Transition State
Theory for
tackling kinetic
processes in
crystals. C
ivalleri analysed
critically the
influence of the formulation adopted for the
exchange-correlation potential in the frame of
DFT on the calculated vibrational spectrum
forthe case of crystalline urea. Tosoni discussedthe vibrational m
odes of the three species ofO
H groups existing in kaolinite: inner, inner-
surface and outer surface hydroxyls; this kindof
calculation is
very useful
for the
interpretation of
experimental
spectroscopicdata.
Nic H
arrison, Jessica Scarantoand
Alessandro
Dam
indiscussed
thedeterm
ination of
structural and
chemical
properties of
com
plex crystalline
surfacesfrom
various viewpoints. H
arrison showed how
to extrapolate ground state data to obtain finitetem
perature therm
odynamic
information
onsurface
properties. Scaranto
provided an
example
of accurate
determination
ofgeom
etric, energetic
and vibrational
characterization of an adsorbed phase. Dam
intackled the topical subject of the com
bined useof a cluster and a periodic approach for thesolution of surface problem
s. Finally, Maurizio
Cossishow
ed how to sim
ulate the effect of asolvent on the properties of surfaces, by asim
ple extension of the Polarizable Continuum
model (P
CM
) which has proved very useful in
molecular
studies. This
facility is
presentlybeing im
plemented in C
RYSTAL.
ParticipantsThe
Colloquium
w
as follow
ed by
about 50
persons, coming from
different groups of theU
niversity of Torino and from other U
niversity orR
esearch Centers, both in Italy (M
ilano, Napoli,
Trieste, Venezia, Modena, B
ologna, Pisa) and
abroad (Zürich,
London, P
au,
Regensburg).
Stimulating discussions took place during the
Workshop, involving m
any of the participants.
Actions
• Sharing and critical comparison of different ab
initio techniques•
Training of
young researchers
(PhD
and
PostD
oc) coming from
the different laboratories.
S. Tosoni : 3859 cm-1vibration
of inner surface hydroxyls
Costs: 800 Euro paid by N
IS, 200 Euro fromG
ruppo di Chim
ica Teorica.
66
TargetThe ab initio sim
ulation of crystalline surfaces andinterfaces is particularly difficult because of the lowsym
metry,
intrinsic heterogeneity,
and highly
defective nature of these systems. In its tw
o sessions,the present m
eeting aimed at highlighting recent
progress and prospective work in the developm
ent ofnew
software and new
interpretative tools for thistask. Activity taking place in this area of research inthe fram
e of NIS w
as illustrated, but other lines ofprogress w
ere also presented, through contributionsfrom
outstanding scientists. Most of the Abstracts
are on the NIS site.
Adriano Zecchina Direttore N
IS, Università di Torino Introduction
M. P
arrinelloP
rogress and challenges in ab-initio molecular dynam
ics D
epartment of C
hemistry and Applied B
iosciences, ETH Zürich (C
H)
C. P
isaniP
ost Hartree-Fock local-correlation m
ethods for crystalsD
ipartimento di C
himica IFM
, Università di Torino
L. Maschio
Implem
enting a local-correlation method for crystals: critical aspects
Dipartim
ento di Chim
ica IFM, U
niversità di TorinoR
. Resta
Electric properties of solids and surfacesD
ipartimento di Fisica Teorica, U
niversità di TriesteM
.Rérat
Physisorption of atom
s and molecules on crystal surfaces
Laboratoire de Chim
ie Structurale, Université de P
au (FR)
R. D
ovesiVibrations in Solids and at surfaces D
ip. di Chim
ica IFM, U
niversità di TorinoM
. Catti
Ab initio approaches to therm
odynamics and kinetics in solid phases
Dipartim
ento di Scienza dei Materiali, U
niversità di Milano B
icoccaB
. Civalleri
Vibrations in crystalline urea: the role of the Ham
iltonian D
ipartimento di C
himica IFM
, Università di Torino
S. TosoniThe calculated vibrational spectrum
of a layered compound: kaolinite
Dipartim
ento di Chim
ica IFM, U
niversità di TorinoN
. Harrison
Com
plex surfaces: Predicting stoichiom
etry, structure and propertiesIm
perial College, London (U
K)
J. ScarantoA
n ab initio study on the adsorption of Vinyl Fluoride on Rutile(110)
Dipartim
ento di Chim
ica Fisica, Università di Venezia
A. Dam
inC
hromium
(II) catalytic centres on silica surface: cluster or periodic approach?
Dipartim
ento di Chim
ica IFM, U
niversità di TorinoM
. Cossi
Modelling w
et surfaces: a polarizable continuum solvation m
odel for periodic system
sD
ipartimento di C
himica, U
niversità di Napoli “Federico II”
AB INITIO SIM
ULATION
OF TH
E PROPERTIES OF CRYSTALLINE
SURFACES AN
D INTERFACES:
PROGRESS AND PROSPECTS
a cura di Cesare P
isaniM
ay 19th-20th, 2005
UN ANNO DI NIS COLLOQUIA
Examples
were
discussed of
structuringoperated at the nano (R
. How
e, Y. Paz, S.U
sseglio and P. Calza, H
. Garcia) and atom
iclevels (C
. Paganini, V. Maurino, G
. Martra).
In both cases TiO2
still represents a reference
system.
Efforts in view of atom
ic modifications of this
material are m
ainly concentrated on the dopingof the bulk (introduction of N
impurities) and of
the surface (with F, Zn, O
H groups).
Examples
of nano-m
odifications are
theobtainm
ent of
exotic TiO
2structures
like
nanotubes, nanowires, porous form
s, etc., orthe
embedding
of –TiO
TiO-
chains into
nanostructured porous
solids (e.g.
ETS-10).Sim
ilar materials based on -VO
VO- chains have
been also prepared and characterized.
Another
interesting approach
for the
preparation of photocatalysts, still based onnano-m
odifications techniques,
discussedduring the C
olloquium is the encapsulation of
photoactive molecules (pyrylium
derivates) oroxidic
nanoclusters (TiO
2 ) into
three-dim
ensional porous framew
orks (zeolites andzeotypes).
Finally, the
use of
photocatalysis for
thepreparation
of nano-
structured polymeric or
hybrid (polym
ericinorganic) m
aterials hasbeen also reported.
The C
olloquim
consisted of
eleven oral
presentations (distributed over two half days)
which covered topics ranging from
the market
applications of photocatalysis, to its role in the
synthesis of
life relevant
molecules
in the
galactic space and on the primitive earth (N
.Serpone).
The opening lecture (G. C
enti) offered a reviewon principles, applications, m
arket and S&T
opportunities, and
possible future
developments of photocatalysis.
The “Japanese approach” was illustrated as an
example
of fruitful
interaction betw
eenacadem
ic and market oriented research.
Materials structuring as a tool for im
provingthe
performances
of already
availablephotoactive system
s and for the preparation ofnew
photocatalysts
represented the
centraltopic
of m
ost of
the other
contributions.
UN ANNO DI NIS COLLOQUIA69
ParticipantsThe C
olloquium w
as opened by Prof. E. P
elizzetti inthe capacity of R
ector of the Turin University as w
ellas of w
orld-wide renow
n expert in photocatalysis.The C
olloquium w
as attended by about 50 persons.C
ontributions were given by invited speakers com
ingfrom
foreign (UK
: R. H
owe; Israel: Y. P
az; Spain:H
Garcia; C
anada: N. Serpone) and national (C
ataniaU
niversity: G. C
enti; Turin University: P. C
alza, G.
Martra, V. M
aurino, C. P
aganini, S. Usseglio; Turin
Politecnico:
Sangermano)
academic
institutions.The audience w
as composed of academ
ic researches(from
Turin
and M
ilan) and
by som
e industrial
representatives (Buzzi U
nicementi SpA).
Actions
•Exchange of information and sam
ples.•Evaluation of the possibility to prepare and subm
it acom
mon European project (STR
EP Actions)
Costs: 1100 Euro covered by N
IS
68
TargetThe C
olloquium aim
ed to highlight state of the artand future trends of heterogeneous photocatalysis,focusing m
ainly on those aspects related to surfaceproperties and interfacial phenom
ena. The approachw
as multidisciplinary, as it w
as intended to bringtogether experts operating, often w
ith little exchangeof
information,
in different
research fields,
i.e.physicochem
ical characterization
of solids
andevaluation of the photo-activity by analytical tools.B
y involving
local and
foreign researchers,
thecolloquium
also offered the chance to discuss thepossibility
to prepare
a com
mon
EU
research
program on photocatalysis.
ROLE OF SURFACES AN
D INTERPH
ASESIN
PHOTOCATALYSIS:
A MU
LTIDISCIPLINARY APPROACH
a cura di Paola C
alza, Valter Maurino e G
iuseppe Spoto30th - 31st M
ay 2005
Ezio Pelizzetti,R
ettore dell'Università di Torino
A. Zecchina, Direttore del C
entro di Eccellenza NIS Introduction
G. C
entiN
ew m
aterials for photocatalytic applicationsD
ip. di Chim
ica Industriale ed Ingegneria dei Materiali, U
niversità di Messina
S. Usseglio
Photoinduced transform
ation of organic compounds on titanosilicate
materials. A
) ETS4 and ETS10 structural propertiesD
ip. di Chim
ica IFM e N
IS, Università di Torino
P. Calza
Photoinduced transform
ation of organic compounds on titanosilicate
materials. B
) toward a selective photocatalysis
Dip. di C
himica Analitica e N
IS, Università di Torino
R.F. H
owe
Microporous m
aterials as a route to nanostructured photocatalystsEngineering &
Physical Sciences School, C
hemistry, U
niversity ofAberdeen (Scotland)
G. M
artraM
olecular events at the surface of microcrystalline TiO
2 : photo-dependent and photo-independent transform
ationsD
ip. di Chim
ica IFM e N
IS, Università di Torino
M. C
. Paganini
On the nature of the nitrogen param
agnetic impurities in doped titanium
dioxide D
ip. di Chim
ica IFM e N
IS, Università di Torino
N. Serpone
STAR
DU
ST – Microreactors and photostim
ulated heterogeneous reactions occurring in galactic space – A
biogenesis of molecules
Dip. di C
himica O
rganica, Università di P
aviaH
. Garcia
Zeolite-based photocatalysts: The case of 2,4,6-triphenylpyrylium
encapsulated inside large pore zeolitesInstituto de Tecnología Q
uímica, U
niversidad Politécnica de Valencia
Y. Paz
Towards preferential photodegradation: from
“Adsorb &
Shuttle” to nano-im
printing Departm
ent of Chem
ical Engineering and the Institute of C
atalysis, Technion-Israel Institute of Technology, Haifa, Israel
V. Maurino
Influence of TiO2
surface speciation on the photoproduction of active oxygen species D
ip. di Chim
ica Analitica, Università di Torino
M. Sangerm
anoU
se of UV light for the preparation of nanostructured polym
eric films
Dip. di Scienza dei M
ateriali e Ingegneria Chim
ica, Politecnico di Torino
Chiesa
“Dives in M
isericordia”
SEM im
ages of porous ETS-10 photocatalysts
The development of nanodevices for recording
the electrical activity of neurons, muscles and
endocrine cells is a key task that is expected toproduce
benefits for
basic science
andbiom
edical applications. Most of the presently
available devices
are m
ade of
metal
microelectrode
arrays (M
EAs) deposited
onglass. They allow
simultaneous recording of
action potentials (APs) from com
plex neuronalnetw
orks or
brain slices
(see below
).Alternative approaches rely on silicon-basedFETs of higher electronic perform
ance but with
several draw
backs including
low
bio-com
patibility.
70
TargetAim
of the Colloquium
was to discuss the state of the
art and future perspectives of functionalized solid-state nanodevices that can be used for inducing andrecording
electrical events
in neurons,
neuronalnetw
orks and brain slices, as well as the design and
construction of multifunctional “lab-on-chips” for
drug delivery,
cell m
anipulations w
ith optical
tweezers, recording of electro-optical events and
detection of released biomolecules
CELLS AND BIOM
OLECULES
ON N
ANOSTRU
CTURED SU
RFACESa cura di Em
ilio Carbone
June 29th, 2005
Introduction: A. Zecchina NIS Torino, G
. Gilardi D
BA, Torino
1st part - Micro-nano devices for electrical recordings and m
olecules detectionE. D
’AngeloR
ecordings of synaptic activity in brain slices using multi-electrode
arrays (MEA
) recordings INFM
, Pavia
S. VassanelliC
ell-semiconductor interfaces for ion channel recording and single-cell
genetic engineering Dept of P
hysiology, Padova
S. Martinoia
In-vitro neurons bi-directionally connected to a robotic body: investigation of the adaptive properties and learning m
echanisms of the netw
ork for robot control D
IBE, G
enovaE. W
ankeA
ction potential recordings with M
EAs: potentiality for investigating ion
channels roles in neural networks inform
ation processingD
ept of Biotechnology, M
ilano Bicocca
P. Ariano C
ell adhesion and recordings from hydrogenated diam
ond surfaces N
IS, TorinoF. Lehm
ann-Horn Voltage-sensor m
ovement disorders
Dept. of Applied P
hysiology, Ulm
, Germ
anyV. C
arabelliC
arbon fiber microelectrodes for detecting released biom
oleculesN
IS, Torino2nd part - N
anot echnologies applied to biologyL. B
usinaro N
anodevices for biological applications TASC, Trieste
F. Pirri
Nanotechnologies for designing novel biosensors
MM
L, Politecnico, Torino
A. Rossi
Porous silicon as substrates for biom
oleculesIEN
, TorinoA. P
asquarelli A
diamond-on-silicon device for patch-clam
p measurem
entsED
C, U
lm, G
ermany
E. Vittone Functionalised conductive diam
ond surfaces as substrates for bioelectrical recordings
NIS, Torino
C. B
arolo Fluorescent probes for cells-biom
olecules and solid-state surfaces interactions
NIS, Torino
Comm
erciallyavailable M
EAs
Peripheral
neurons grown on
MEAs (bottom
)com
mercially
available 60-electrode M
EA(left)
Nanostructured Si-FET chips are
used to
improve
the signal-to-
noise ratio of recorded APs. Theprinciple
is based
on the
capacitative voltage changes thatthe
gate (in
contact w
ith the
neuron) induces to the n-Si layerthrough the isolating SiO
2 film.
The voltage of the gate modulates the ISD
current flowing through the source and drain
regions producing signals proportional to theAP.
A promising approach to the detection and
stimulation of neuronal signals is expected
from
the fast
developing technology
offunctionalized diam
ond-based “lab-on-chips”(see below
), which offers high biocom
patibilityand excellent optical transparency
Detection of catecholam
ines released fromchrom
affin cells or peripheral neurons can bedetected as am
perometric spikes of 20-200 pA
using carbon-fiber electrodes of microm
etricdim
ensions (see below). R
ecent attempts from
the group of M. Lindau to detect catecholam
inesrely
on planar
arrays of
metallic
micro-
electrodes in contact with the secretory cell
71
ParticipantsThe
Colloquium
w
as follow
ed by
about 150
people, coming from
the Universities of Torino,
Milano, G
enova, Pavia, P
adova, TASC of Trieste,
I.E.N. and P
olitechnic of Torino and two guest
speakers from the U
niversity of Ulm
(Germ
any).A few
participants came from
the FIAT Research
Center of Torino and a num
ber of colleaguesfrom
the NIS C
enter of Torino.
Neurons on
silicon field-effect
transistors (FET)
Arrays of four P
t planardetectors on glassEach am
perometric event
corresponds to the fusionand content discharge ofa single secretorygranule (200 nmdiam
.) containing
Biom
olecules detection with carbon-fibers
Costs: about 1000 Euro covered by N
IS
Extracellularrecordings frombrain slices onM
EAs
UN ANNO DI NIS COLLOQUIA
Actions
•Discussion on future EU
proposals and jointresearch projects in the field on nanobiotech-nology. Training of young researchers (P
hD and
PostD
oc) of
different backgrounds
(biology,chem
istry, physics, engineering) to discuss up-to-date
topics on
the application
of nano-
technologies to biological problems.
In this field more and m
ore interest is devotedto Fe-zeolites, and the elusive structure ofactive sites w
as the topic of Gloria B
erliertalk
and one of the subjects described by CarloLam
bertiw
ho gave an overview about XAFS
spectroscopy applied
on zeolitic
catalysts.Finally, the spectroscopic properties of Ti-sitesin
zeolites (elettronic
transitions) from
first
principles approaches have been described byG
loria Tabacchi.
The second section, opened by Vladimir B
.K
azanskyw
as m
ainly focused
on zeolitic
properties related to acid catalyzed reactions.The talks covered a broad area involving bothfundam
ental and applicative aspects with the
contributions of
speakers com
ing from
industries and academy. A
ngela Caratiand
Roberto B
uzzoni gave two significant overview
pointing out the central role of shape selectivityin the developm
ent of novel catalytic processesfor petroleum
refinery and petrochemistry and
underlying the need of fundamental know
ledgeabout reactions m
echanisms in order to allow
the improvem
ent of the actual process and theachievem
ent of new challenges. It has been
evidenced that laboratory results are only thefirst step tow
ards the identification of a new
catalyst suitable for comm
ercialization.
The need of development of new
processesable
to w
ork in
mild
conditions and
characterized by low environm
ental impact and
reduced waste has been strongly evidenced.
Conversion
of natural
gas to
liquidhydrocarbons
and the
development
of new
catalysts for environmentally friendly fuels has
been the topic of the talk given by Karl Petter
Lillerud, while M
aurizio Selvareported about
the high performances of N
a-Y zeolite for mono
metylation reactions w
ith DM
C in liquid phase
at T‹90 °C. It has been show
n that bifunctionalprim
ary am
ines react
only at
the am
inonitrogen. Further advantages are: no need ofadditional solvents, no by-products, recycle ofthe catalyst, m
ild reaction conditions. Finally,som
e contributions
have been
devoted to
describe the acidic properties of some very
comm
on zeolites and related materials. In this
area the talks given by Leonardo Marchese,
Edoardo Garrone, Silvia B
ordiga andClaudia
Busco, gave a broad overview
about availableapproaches,
in term
s of
experimental
andcom
putational techniques, to characterize theactive sites in term
s of number, distribution
and location. It has been shown that B
rønstedacidity due to the presence of fram
ework Al 3+
species is only one components of the large
family of acid sites. H
ydroxyls nests present indefects, sites present on the external surfacesof the m
icro crystals, Lewis sites (alkaline
cations and extraframew
ork Al 3+species) also
contribute to the final behavior of the catalyst.M
oreover it has been shown that activation and
regeneration procedures
strongly affect
thefinal m
aterial. The complexity of real system
sencourages the use of m
odel compounds and
to com
bine experim
ental data
andcom
putational ab-initio approaches.
73
ParticipantsThe C
olloquium w
as followed by about 80 persons,
coming
from
several different
groups of
theU
niversity of Torino and Piem
onte Orientale, from
foreign Universities or R
esearch Centers (O
sloU
niversity, P
alma
de M
ajorca U
niversity, ETH
Zürich, Valencia
University,
Ottaw
a U
niveristy,B
ucarest University) and from
industries relatedw
ith zeolites
(Polim
eri Europa,
EniTecnologie,TO
PSO
E, Süd Chem
ie). The participation of peoplecom
ing from industry w
as relevant to stimulate
the discussion.
Actions
• Sharing of fundamental know
ledge and practicalproblem
s as a starting point for future collaborationsalso
with
industries. P
lacing techniques
and experim
ental apparatus at industry’s disposal • Training of young researchers (P
hD and P
ost Doc)
coming from
the different laboratories.
Costs: 1000 Euro paid by N
IS • 1500 Euro contributed by ASP72
The opening lecture, given by Guido Saracco,
gave an overview on the current trends and key
challenges about the catalytic abatement of
nitrogen oxides. Together with oxides, Zeolite
catalysts seem to have chances of success in
the SCR
of NO
x with hydrocarbons, especially
as far as N2 O
is concerned. Regarding N
Odecom
position by hydrocarbons, the talk givenby B
lanca Wichterlova
evidenced the relevanceof Al location and consequently of cations (C
uand C
o) distribution in pentasil framew
orks(M
FI and BEA).
TargetAim
of the Colloquium
was to stim
ulate an opendiscussion am
ong people coming from
public andprivate research centers involved in the developm
entand use of zeolites in catalysis. Tw
o main field have
been considered:
redox catalysis
devoted to
NO
decomposition
and acidic
catalysis related
topetrolchem
istry and valorization of natural gas.
STATE OF THE ART IN
ZEOLITE CATALYSISa cura di Silvia B
ordigaO
ctober 28th – 29th, 2005
IntroductionA Zecchina, N
IS–Centre of excellence
Chairperson
Salvatore Coluccia, N
IS–Centre of Excellence and ASP
G. Saracco
Catalytic abatem
ent of nitrogen oxides: current trends and key challengesP
olitecnico di Torino
B. W
ichterlovaSC
R-N
Ox and N
O decom
position activity of Transition metal exchanged
zeolitesJ. H
eyrovsky Institute – Praga
G. B
erlierG
. Ricchiardi
The elusive structure of active sites in Fe-zeolites catalysts:recent studies and perspectives
NIS–C
entre of excellenceC
hairperson C
. Otero Areàn U
niversitat de les Illes Balears
V.B. K
azansky Intensities of IR
bands of adsorbed molecules as a new
spectral criterion of their chem
ical activationR
ussian Academy of Science
L. Marchese
A rational design for tuning the acidity of m
olecular sievesU
niversità del Piem
onte Orientale – N
IS–Centre of Excellence
M. Selva
Highly Selective R
eactions of Dim
ethylcarbonate in the Presence of A
lkali M
etal Exchanged FaujasitesU
niversità Ca’Foscari, Venezia e IN
CA
Chairperson
E. Giam
ello – NIS–C
entre of ExcellenceA. C
arati Industrial application of zeolites: role of shape selectivity
EnitecnologieR
. Buzzoni
Zeolites in petrochemistry: process im
provements and new
challengesP
olimeriEuropa
E. Garrone
Brønsted sites of m
oderate acidity in zeolitic and amorphous
aluminosilicates
Politecnico di Torino
C. Lam
bertiXA
FS spectroscopy applied on zeolitic catalysts: limits and perspectives
NIS–C
entre of excellenceC
hairperson G
. Spoto – NIS–C
entre of ExcellenceG
. Tabacchi Spectroscopic properties of Ti-sites in zeolites from
first principles approaches
Università dell’Insubria
C. B
usco Lew
is/Brønsted acidity in (high silica) zeolites: a m
icrocalorimetric and
computational ab-initio study
NIS–C
entre of excellenceK
. P. Lillerud U
nderstanding the reaction mechanism
in Zeolite catalysis - Impact on
catalyst designU
niversitt Oslo
S. Bordiga
Characterization of acidity properties of zeolities Y in relation w
ith fram
ework stability and catalytic activities
NIS- C
entre of ExcellenceA. Zecchina
Presentation of N
ATO Science for P
eace programm
e project:P
hotocatalytic decontamination of neurotoxic and vesicant com
poundsN
IS- Centre of Excellence
PARALLEL SESSIO
NS
Kick-off m
eeting of NATO
Science for Peace program
me project
1)Photocatalytic decontam
ination of neurotoxic and vesicant compounds
Open discussions on tw
o hot subjects:2) Zeolites as alternative catalysts to conventional SC
R D
eNO
xdiscussion leader G
. Saracco, Politecnico di Torino
3) Acidic Zeolites in hydrocarbon transform
ationdiscussion leader C
.Otero Areàn, U
niversitat de les Illes Balears
UN ANNO DI NIS COLLOQUIA
After a short introduction given by Marcello
Baricco (N
IS), the first talk of the morning
session was given by Andreas Züttel (U
niversityof Fribourg, C
H) on "Fundam
entals of solidstate
hydrogen storage".
It w
as a
generaloverview
on
various aspects
of hydrogen
storage in different classes of materials. Petra
De
Jongh (University of U
trecht, NL) w
ith a talk on"H
ydrogen storage materials: from
nanoporousto nanoparticulate" has discussed the criticalrole
of nonom
etric particle
size and
microstructure
on hydrogen
absorption/desorption.
Rosario
Cantelli
(Università
diR
oma “La Sapienza”) presented recent results
based on anelastic spectroscopy. The hydrogenabsorption in thin film
s has been presented byN
ainesh P
atel (U
niversità di
Trento), w
hopresented
a talk
on the
role of
Nb
MgH
2storage properties.
Adriano Zecchina (NIS), has given an overview
on the
effect of
catalysts on
hydrogenabsorption/desorption phenom
ena. The main
results of
an Italian
project on
hydrogenstorage has been reported by M
ario Conte
(ENEA
, C
entro ricerche
Casaccia)
who
presented a talk on "Hydrogen Storage in m
etalhydrides for Fuel C
ell Vehicles: main results of
an Italian
project". G
iuseppe Spoto
(NIS)
presented recent
results on
"Probing
molecular
hydrogen storage
with
InfraredSpectroscopy"
and Silvia
Bordiga
(NIS)
discussed on "State of the art about molecular
hydrogen in MO
Fs". Recent applications on
hydrogen for car industry have been reportedby Alessandro G
ariglio (Centro R
icerche Fiat,Torino), w
ho presented a talk on "Current fuel
cells research
programs
at C
RF
and near
technology needs".
A. Zecchina P
resentazione del Progetto M
ISGI
M. B
ariccoA
ssorbimento/desorbim
ento di idrogeno in leghe e composti interm
etalliciG
. SpotoStoccaggio di idrogeno in form
a molecolare
E. Giam
elloInterazioni idrogeno-ossidi
F. TrottaM
embrane conduttrici protoniche per celle a com
bustibileS. B
ertarione P
alladio altamente disperso in m
atrici zeolitiche, ruolo nell'adsorbimento
dell'idrogenoM
. Di C
hioA
ssorbimento di idrogeno in com
posti intermetallici a base M
gJ. Vitillo
Modelli quantom
eccanici per la descrizione dell'interazione dell'idrogeno m
olecolareL. R
egliP
roprietà di materiali ibridi organici-inorganici: i M
OFs
D. C
ocinaStudio spettroscopico dell'interazione di H
2in zeoliti
75
ParticipantsThe C
olloquium w
as followed by about 55 persons,
coming
from
several different
groups of
theU
niversity of Torino and from other Italian U
niversityor R
esearch Centers (P
olitecnico di Torino, Università
del P
iemonte
orientale, U
niversità di
Milano,
Università di M
ilano-Bicocca, U
niversità di Genova)
and from industries interested to hydrogen (H
ysyLab, C
entro Ricerche Fiat, P
irelli Labs, Edison).
Actions
• Sharing of techniques and experimental apparatus
• Exchange of results• Training of young researchers (P
hD and P
ostDoc)
coming from
the different laboratories
MO
F-5
74
The first seminar of the “N
IS Colloquia” Series
was dedicated to H
ydrogen research at NIS.
The seminar, initially intended as an internal
meeting for the coordination of the research
activities in the different labs, obtained such asuccess and broad participation from
otherinstitutions, that it w
as indeed the stimulus to
transforming
the N
IS C
olloquia into
opennational and international sem
inars, as theynow
are.
About one year later, a second seminar on
hydrogen w
as organized,
now
with
international breadth.
Here,
we
report the
program of both sem
inars, and the minutes of
the recent one only.
TargetA
im
of the
colloquium
was
the presentation
ofcurrent state-of-the-art on the hydrogen storage.D
ifferent materials have been considered, ranging
from
metal
hydrides, m
esoporous m
aterials and
complex
hydrides. E
ither experim
ental and
theoretical aspects of hydrogen storage have beendiscussed.
Financial supportThe m
eeting was free of charge. ASP
has providedfinancial support
NAN
OSTRUCTU
RED MATERIALS
FOR HYDROGEN
STORAGE: ROLE OF SU
RFACES AND IN
TERFACESa cura di M
arcello Baricco
July 5th 2004
a cura di Marcello B
aricco e Gabriele R
icchiardiN
ovember 17th, 2005
Introduction M
. Baricco – N
IS-Centre of excellence, Torino
A. Züttel Fundam
entals of solid state hydrogen storageU
niversity of FribourgP. D
e Jongh H
ydrogen storage materials: from
nanoporous to nanoparticulateU
niversity of Utrecht
R. C
antelli D
ecomposition m
echanisms and reversibile hydrogen release in alanates
Università di R
oma “La Sapienza”
N. P
atel Structural characterization and hydrogen desorption from
Nb-doped
magnesium
hydride films
Università di Trento
IntroductionG
. Ricchiardi – N
IS-Centre of excellence, Torino
A. Zecchina The role of surfaces in hydrogen storage
NIS-C
entre of excellence, TorinoM
. Conte
Hydrogen Storage in m
etal hydrides for Fuel Cell Vehicles: m
ain results of an Italian project
ENEA, C
entro ricerche Casaccia
G. Spoto
Probing m
olecular hydrogen storage with Infrared Spectroscopy
NIS C
entre of excellence, TorinoS. B
ordigaState of the art about m
olecular hydrogen in MO
FsN
IS Centre of excellence, Torino
P. Delzanno
Current fuel cells research program
s at CR
F and near term technology
needsC
entro Ricerche FIAT, Torino
UN ANNO DI NIS COLLOQUIA
Lennard-Jones potential
H2
storage in nanoporous materials
SGS Tank
Role of Ti in N
aH in hydrogen activation
Fiat Panda H
ydrogenM
OF-5
Mg-La-N
i
The subject of nanostructured titanium dioxide
prepared by
cluster beam
deposition
was
illustrated by Paolo Milani
(Univ. M
ilano) who
stressed the exciting applications of the layersobtained
by this
method
in the
field of
biosensors.
The world of Surface Science on w
ell definedsingle
crystal faces
was
represented by
Thomas R
isse(B
erlin) who presented recent
and very
innovative results
on the
widely
discussed surface
color centres
on M
gOconsisting in the sim
ultaneous investigation ofthe centres by STM
and EPR
. Paola Luches,(C
NR
-INFM
M
odena) presented
a thorough
structural investigation on the interaction ofiron at the surface of M
gO and N
iO (001).
Com
plementary
results on
NiO
layers
deposited on Pd single crystal faces, elaborated
by state
of the
art D
FT calculations
were
presented by Cesare Pisani
and Anna M
ariaFerrari (Torino).
Model
systems
of ionic
oxides but
inpolycrystalline form
were discussed by O
liverD
iwald (TU
Wien) w
ho reviewed the optical
properties of
nanostructured alkali
earthoxides
with
particular em
phasis on
mixed
MgO
-CaO
solids. A non secondary aspect in thisN
IS-NO
S II was covered by the reports on
semiconducting
oxides interesting
for their
properties as catalysts, sensors or for theirphotoactivity.
Stefano Fabris
(Trieste)presented
a thoughtful
contribution on
aextrem
ely important oxide (C
eO2) aim
ing toindividuate the basic reason of its peculiaractivity as oxygen reservoir in catalytic pots forautom
obile exhaust. Giovanna G
hiotti (Torino)gave a lecture on her activity of investigation viaIR
and
UV-vis
spectroscopies w
hile Maria
Cristina Paganiniand Sandro U
sseglio Nanot
described the attempts to prepare variously
doped systems based on titanium
dioxide. Inthis latter case recent results leading to theindividuation of the photoactive species in Ndoped
Titanium
dioxide w
ere presented
(Paganini) while U
sseglio described an originalm
ethod for doping the solid with iodine.
Other contribution (B
arbara Bonelli, Politec-
nico di Torino and Enrica Gianotti, N
IS) were
devoted to catalytic activity of oxide systems in
various industrial reactions.
Three leading scientists in the field accepted tochair the Sections of the C
olloquium w
hichstarted in the afternoon of M
arch the 23th andended on 24th at noon. They are H
ans-Joachim
Freund(D
irector of the Fritz-Haber Institut,
Max
Plank
Gesellschaft
Berlin), G
ianfrancoP
acchioni (D
irector of
the D
epartment
ofM
aterial Science, Milano B
icocca) and SergioValeri (U
niversity of Modena and C
NR
-INFM
).The
Colloquium
w
as opened
by a
shortintroductory presentation of the organizer (ElioG
iamello, N
IS)
UN ANNO DI NIS COLLOQUIA77
ParticipantsThe C
olloquium w
as followed by nearly 100 persons,
coming from
various groups of the University of
Torino, from other Italian U
niversities (Milano, M
ilanoP
olitecnico, M
ilano B
icocca, P
iemonte
Orientale,
Modena, P
adova, Genova) and from
various publicresearch institution (C
NR
) and private companies.
Actions
•Discussions on possible joint project including
EC projects.
Surface oxygen vacancies observed by STM and
EPR
on single crystalline MgO
film (M
. Sterrer,Fischbach, T. R
isse, H.Freund P
RL 2005
Local structure of surface and subsurfaceoxygen vacancies on C
eria.(Esch, Fabris, Fornasiero et. al SC
IENC
E2005)
Costs: 800 Euro covered by N
IS
76
TargetThe second edition of the C
olloquium aim
ed to grouptogether Italian and selected European scientistsw
orking in the field of the surface properties of metal
oxides, an area characterized by the deep and fruitfulinteraction
between
experimentalist
andtheoreticians. Follow
ing the line defined one yearbefore in the first N
IS-NO
S Colloquium
the focus was
put on
the
approaches and
the results
ofexperim
entalists working on single crystal faces or
on ultrathin
oxide layers
epitaxially grow
n on
asupport (Surface Science) w
ith those of the classicsurface
chemistry
performed
on polycrystalline
systems. The role of point defects at the surface or in
the bulk of oxides in determining the electronic
properties, the reactivity and the photoactivity of thew
hole system
w
as particularly
discussed in
thissecond edition.
NAN
OSTRUCTU
RED OXIDE SURFACES II
a cura di Elio Giam
elloM
arch 23rd and 24th 2006
E. Giam
ello, Università di Torino e N
IS IntroduzioneC
hair: H. J. Freund (Fritz-H
aber Institut, Berlin)
P. Milani
Transition metal oxide film
s generated via cluster beam deposition.
Applications in the fields of sensors and m
olecular biology. D
ipartimento di Fisica, U
niversità di Milano
C. D
i ValentinM
etal atoms as local probes of the m
orphology and basicity of alkaline-earth oxide surfaces. D
ipartimento di Scienza dei M
ateriali, Università di M
ilano-Bicocca.
C. P
aganiniP
hotosensistivity of paramagnetic centres in N
doped TiO2
Dip. di C
himica IFM
e NIS, U
niversità di TorinoG
. Ghiotti
Semiconductor m
etal oxides: electronic properties and surface chem
istry of powders and film
s studied by IR and U
V-Vis spectroscopy.D
ipartimento di C
himica IFM
e NIS, U
niversità di TorinoB
. Bonelli
Spectroscopic characterization of vanadyl phosphate catalysts, supported on alum
ina or titania oxides, for oxydative dehydrogenation reactions. D
ip. di Scienza dei Materiali e Ingegneria C
himica, P
olitecnico di TorinoP. Luches
Structural investigation of Fe on NiO
(001) and MgO
(001) surfaces. CN
R-
INFM
S3, Modena
Chair: G
ianfranco Pacchioni U
niversità di Milano B
icoccaT.R
isse A
combined EP
R and STM
/STS approach to investigate color centres and their interaction w
ith metal atom
s on thin films M
gO(001)
Fritz-Haber-Institut der M
ax-Planck-G
esellschaft Berlin
C. P
isani Theoretical characterisation of stoichiom
etric and non stoichiometric
phases of NiO
on Pd.D
ip. di Chim
ica IFM e N
IS, Università di Torino
E. Gianotti
Ti(IV) centres grafted on siliceous materials: spectroscopic and catalytic
properties. Dipartim
ento di Chim
ica IFM e N
IS, Università di Torino.
P. Fornasiero N
anostructured CeO
2based catalysts. H
ow “innocent” is the support?
Dipartim
ento Scienze Chim
iche Università di Trieste
O. D
iwald,
Optical Surface P
roperties of MgO
, Ca
(x) Mg
(1-x) O and C
aO N
anocrystalsInstitute of M
aterials Chem
istry Vienna University of Technology, W
ienS. U
sseglio NanotTitanium
dioxide containing color centres having molecular character
Dipartim
ento di Chim
ica IFM e N
IS, Università di Torino
W. Paulus
discussed the room tem
peratureoxygen
ion conduction
in low
dim
ensionalperovskite-type
oxides. H
e reported
theelectrochem
ical oxidation
of SrC
oO2.5 ,
toSrC
oO3
investigated in
situ by
neutrondiffraction (ILL, LLB
) and by XAFS (ESRF). M
.Johnson com
pared the structural, vibrationaland electronic properties of defective oxidesobtained
by ab
initio m
ethods w
ithexperim
ental results from neutron diffraction,
inelastic neutron scattering and Ram
an data. T.B
erthier described the growth of single crystal
of (Sr,Ca)FeO
3-dby im
age furnace and theirstructural
characterization by
neutrondiffraction (FR
M-2, D
).
A. A
gostinoopened the talks devoted to H
TSCoxides. H
e gave an extensive introduction to thephenom
enology of
superconductivity and
adeep insight in the grow
th technique of YBC
Oand B
SCC
O w
hisker-shaped crystals. The ionicand O
mobility evidenced by experim
ents at theESR
F synchrotron has been discussed. Y. I.Latyshev,
summ
arized the
results on
thedynam
ics of
the inter-layer
vortex m
otion.R
esults w
ere also
obtained on
FIB
nano-lithographied
whiskers.
E. Silva
and A
.R
igamonti
exposed several important results
on a wide variety of H
TSC system
s and onM
gB2 .
E. Silva
reported about
theelectrom
agnetic properties of thin films in the
microw
ave regime. A. R
igamonti explained the
different behaviors
between
fluctuatingdiam
agnetism
in heterogeneous
andhom
ogeneous system
s. L.
Pellegrino
introduced the PLD
growth technique for the
SrTiO3-d
thin films and the local nano oxidation
technique via AFM.
Several examples of field effect transistors w
ithdifferent geom
etries both in SrTiO3-d
and inLa1-x Srx M
nO3
systems have been illustrated.
M.
Truccato,closed
the colloquium
by
discussing the role of purely quantum effects in
the paraconductivity in BSC
CO
whiskers using
an advanced Ginzburg-Landau m
odel for theinterpretation of the experim
ental resistancevs. tem
perature data.
79
Actions
• Starting
meeting
of the
PR
IN
project on
fluctuations in heterogeneous superconductorssubm
itted in May 2006 by the P
avia, Torino,M
ilano units. • M
eeting between Torino, ILL (G
renoble) andR
ennes-1 on
the vibrational
properties of
defective oxides investigated by INS, R
aman and
ab initio calculations. • O
ne joint PhD
between Torino and R
ennes-1 (T. B
erthier).• P
lanning of exchange of PhD
and Post-D
oc.• P
lanning of new experim
ents with neutrons
and synchrotron
sources. (vi)
Starting of
aEuropean M
aster in Materials Science (Torino &
Rennes-1) 2006/07.
Costs: 1200 Euro (by N
IS)1500 Euro (by ID
ECAT)
78
The colloquium w
as opened by C. Lamberti
with a brief overview
on the invited speakersand
their talks,
followed
by the
NIS
presentation by A. Zecchina.
The opening lecture was given by M
. Takano.H
e presented
the advanced
synthesistechniques used in his group in Kyoto: singlecrystal grow
th at high pressure (5GPa, 1000˚C
);film
grow
th using
laser ablation;
micro-
fabrication using photolithography. M. Takano
reviewed the electric and M
agnetic propertiesof Sr(Ti,Fe)O
3-d , Ca(Ti,Fe)O
3-d , (La,Sr)CuO
2.5 ,
BiC
oO3 ,
PbVO
3and
PbTiO
3system
s,discussing the relevant problem
of the possiblepresence
of ordered
vacancies in
defectiveoxides
reporting XR
D
and M
össbauer data
(topic also
faced by
W.
Paulus).
Photolum
inescence of Ar-irradiated SrTiO3
hasbeen discussed.
TargetAim
of the Colloquium
was to stim
ulate an opendiscussion am
ong scientists coming from
differentEuropean and Japanese universities involved in thestudy of a com
plex class of materials such as the
non-stoichiometric oxides. The aspects of (i) crystal
growth;
(ii) m
aterials characterization,
bothexperim
ental and ab initio; (iii) applications havebeen addressed. The investigated m
aterials may be
classified in
oxides for
O
storage (relevant
forbatteries and fuel cells) and in high tem
peraturesuperconducting (H
TSC) oxides.
NON
STOICHIOM
ETRIC OXIDES: GROW
TH, PROPERTIES,
CHARACTERIZATION
AND APPLICATION
SA cura di Angelo Agostino, C
arlo Lamberti e M
arco Truccato M
ay 12th 2006
C. Lam
berti, Università di Torino e N
IS IntroductionM
. TakanoEffects of O
xygen Deficiency in SrTiO
3(shallow
d) and SrFeO3
(deep d) Lab. of Advanced Solid State C
hemistry, Inst. for C
hemical R
esearch, K
yoto University, Japan
W. P
aulusStructural exigencies and reactivity of solids: low
temperature oxygen ion
conduction in low dim
ensional perovskite-type oxides M
agistère Matériaux, U
niversité de Rennes 1, France
M. Johnson &
H. SchoberA
b initio modeling of structural, vibrational and electronic properties of
defective oxides Institut Laue-Langevin (ILL), Grenoble, France
T. Berthier
(Sr,Ca)FeO
3-x : Crystal grow
th structure analysis and chemical reactivity
Université de R
ennes 1, France & U
niversità di Torino e NIS.
A. AgostinoD
iscussion on superconducting properties of non-stoichiometric cuprates
whiskers
Università di Torino e N
ISY. I. Latyshev
Interlayer tunneling spectroscopy and dynamics of Josephson vortex
lattice in Bi2 Sr
2 CaC
u2 O
8+x Russian Academ
y of Science, Institute of R
adioengineering and Electronics, Moscow
,Russia.
E. SilvaM
icrowave properties of superconducting copper oxides
Università di R
oma 3, Italy
A. Rigam
onti Superconducting fluctuating diam
agnetism versus precursor
diamagnetism
in heterogeneuos superconductorsU
niversità di Pavia, Italy
L. Pellegrino
Electric Field Effect and Magnetic N
anodevices made of Functional O
xides fabricated by A
FM Lithography
CN
R-IN
FM-Lam
ia, Genova, Italy
M. Truccato
Electric conductivity properties of superconducting perovskitic m
icrocrystals Università di Torino e N
IS
UN ANNO DI NIS COLLOQUIA
ParticipantsP
rofessors, researchers and PhD
students fromR
ennes-1 (F), Grenoble (F) M
oscow (R
u), Kyoto
(Jpn) had
the opportunities
to m
eat Italian
colleagues coming from
Pavia, M
ilano, Rom
a,G
enova and Torino. More than 35 P
hD students in
Materials
Science, P
hysics, C
hemistry
andEngineering have attended the event.
IL QUADRO ECONOMICO
8081
ILQ
UA
DR
OEC
ON
OM
ICO
di Silvia Bordiga
Il Progetto “N
anostructured interfaces and surfaces” presentato al termine del 2001 prevedeva
investimenti per 5.000.000 di Euro così ripartiti:
Risorse disponibili com
e cofinanziamento:
Università di Torino
250.000D
ipartimenti
786.000Finanziam
ento richiesto al MIU
R:
3.964.000
La somm
a complessiva risultava così ripartita nelle seguenti voci:
Adeguamento strutture:
50.000M
ateriale inventariabile:2.700.000
Consum
o:800.000
Personale:
1.040.000M
issioni230.000
Altro:180.000
Il progetto è stato selezionato a fine 2003 e, malgrado avesse ricevuto giudizi estrem
amente
positivi anche dal punto della programm
azione delle spese ed investimenti, ha subito una
decurtazione di più dei 2/3 del finanziamento richiesto. Il finanziam
ento accordato è stato di soli1.540.000 Euro per il triennio 2004-2006.
A fronte di questa riduzione di fondi, il Consiglio scientifico del N
IS ha dovuto fin da subitom
odificare il piano delle attività. Due sono state le azioni intraprese:
• rivedere consistentemente la previsione di spesa e di investim
enti, privilegiando le spese dim
edia e piccola entità e le spese che si riferivano ad un completam
ento di strumentazioni già in
via di acquisizione;
• intraprendere con determinazione una azione rivolta al recupero di nuove risorse attraverso i
canali di finanziamento ordinario e straordinario degli enti locali, nazionali europei, tram
ite lefondazioni bancarie e, non ultim
o, attraverso l’offerta alle imprese.
A partire dal termine del prim
o e nel corso del secondo anno di attività del Centro N
IS, gli afferential C
entro, sia presentando progetti autonomi (con affiliazione N
IS) sia organizzando veri e propriprogetti com
uni su specifiche tematiche, hanno ottenuto nuovi finanziam
enti provenienti da: i) Fondazione S. Paolo, ii) R
egione Piem
onte, iii) MIU
R e iv) C
omunità Europea.
La documentazione che segue si propone di illustrare in m
aniera sintetica ma puntuale le spese
e gli investimenti effettuati nel corso dei prim
i due anni di attività del Centro e le risorse che sono
state acquisite nel corso di questi primi anni di attività.
Particolarmente rilevante, sia dal punto quantitativo che strategico è il contributo accordato dalla
Com
pagnia di San Paolo, che amm
onta a 1.200.000 Euro per il triennio 2005-2007. Il contributoperm
ette il completam
ento del piano originale di acquisizioni strumentali, ed un sostanziale
increnmento della dotazione di funzionam
ento del centro. Esso costituisce anche la principalefonte di finanziam
ento (allo stato attuale) del quarto anno di esercizio del centro, cruciale alloscadere del finanziam
ento ministeriale.
ILB
ILAN
CIO 2004 - 2005
Allo stato attuale il Centro N
IS non redige un bilancio proprio, ma partecipa al bilancio del D
ipartimento
di Chim
cia IFM, che ne svolge tutte le funzioni am
ministrative. La rendicontazione econom
ica è tuttavianecessaria per ragioni di program
mazione e per la rendicontazione ai diversi enti finanziatori.
Riportiam
o nelle tabelle seguenti la rendicontazione relativa ai due principali finanziamenti accordati:
quello ministeriale ed il C
ontributo della Com
pagnia di S. Paolo.
Per quanto riguarda le entrate, esse si compongono, oltre che dei due contributi sopra citatati, di un
notevole numero di altri contributi ottenuti attraverso la partcipazione a bandi di finanziam
ento diprogetti di ricerca. I principali contributi di questo tipo sono illustrati nell'apposita tabella. Infine,un'ulteriore fonte di finanziam
ento deriva dai contratti con aziende private, per lo svolgimento di
ricerche e servizi di misura. I dati econom
ici relativi a queste collaborazioni sono disponibili a richiesta.
ENTR
ATEFonteM
inisteroU
niversitàD
ipartimento
Totale
Adeguam
ento strutture
Materiale inventariabile
Materiale di consum
o
Personale
Missioni
Altri costi
Totale Uscite
Avanzo
I anno480.000
93.700281.200854.9000
656.200
62.660
96.145
24.33216.933
856.270-1.370
descrizione
Up-grade sistem
a XPS-
ESCA, C
ompletam
etnoM
icro Ram
ancofin. M
icrobilancia;Tensiom
etroSpettrofluorim
etro;M
icroscopio AFMC
luster Multiprocessore
CATLAB
Spese di manutenzione per
le 5 lineeR
eagenti e materiali
Inizio contratto tecnico EPAvvio ass.ricerca biennaliB
orse di studio N
umero contratti avviati: 10
Spese per materiale illu-
strativo NIS colloquia;
Sponsor IWO
X 4; Spese gen. e di segreteriaSpese di viaggi e m
issioniper attività di prom
ozionedel centro
II anno480.000
480.000
20.132
47.668
110.175
59.618
206.963
27.9897.455
480.0000
descrizione
Strum. per i Lab. C
omuni:
pressa; deionizzatore H2 O
macchina per il ghiaccio
stufa per sintesi; muffola
forno tubolareLavori edili, im
pianti edarredi per i nuovi laboratoridi Via M
ichelangelo 32M
ultiprocessore C
ompletam
ento Micro
Ram
anAccessori perm
icrobilancia
Spese di manutenzione
Reagenti e m
at. diconsum
oC
ontratto tecnico EPB
orse di studioN
umero C
ontratti: 18
Spese per materiale illu-
strativo NIS colloquia
Spese gen. e di segreteriaSpese di viaggi e m
issioniper attività di prom
ozionedel centro
III anno480.000
480.000
45.000
200.000
56.000
140.000
24.00015.000
480.0000
descrizione
Glove box
Cofinanziam
ento EPR
Spese di manutenzione
Reagenti e m
at. diconsum
oC
ontratto tecnico EPB
orse di studioN
umero contratti:
Spese per materiale illu-
strativo NIS colloquia
Spese gen. e di segreteriaSpese di viaggi e m
issioniper attività di prom
ozionedel centro
ENTR
ATE
REN
DIC
ON
TO A
VALER
E SUL FIN
AN
ZIAM
ENTO
MIN
ISTERIA
LE(e relative quote di cofinanziam
ento dell’Ateneo)
REN
DIC
ON
TO A
VALER
E SUL C
ON
TRIB
UTO
DELLA
CO
MPA
GN
IA D
I SAN
PAO
LOLa tabella riporta la destinazione del contributo accordato dalla C
ompagnia di San P
aolo, come deliberato dal C
onsiglioscientifico del C
entro secondo le direttive dell'ente finanziatore. Si noti come il contributo sia stato utilizzato in m
odosinergico rispetto ai fondi acquisiti attraverso il B
ando Regionale R
icerca Applicata (vedi tabella seguente), che richiedevauna quota di co-finanziam
ento di ciascun progetto da parte dell'ente proponente. Vedi anche la sezione “Sistema
Regionale della R
icerca” al capitolo “Ricerca”.
USCITE
Voci di spesaAllestim
ento dei laboratori estrum
entazioneSpese di funzionam
entoB
orse di studio e contratti
Allestim
ento dei laboratori e strum
entazione
Totale Spese di funzionam
ento
Totale B
orse di studio e contratti
Totale
Importo
700.000
150.000350.000
200.00050.00040.00048.00035.00031.000
9.00010.000
3.0006.000
60.00012.00010.000
30.00020.00020.000
116.000700.000
10.000140.000150.000
90.000
215.00045.000
350.000
Cofinanziam
ento Microscopio Elettronico TEM
Cofinanziam
ento progetto regionale Prof. B
attezzatiC
ofinanziamento progetto regionale P
rof. Baricco-Spoto
Cofinanziam
ento progetto regionale Prof. M
orterra e Carbone
Cofinanziam
ento progetto regionale Prof. B
ussolino-Bordiga
Upgrade di un apparato per C
hemical Vapor D
eposition C
ofinanziamento progetto regionale P
rof. Ghiotti
Cofinanziam
ento progetto regionale Prof. Zecchina
Cella per irraggiam
ento materiali P
rof. Benzi
Accessori per microscopio AFM
Prof. M
anfredottiC
ofinanziamento progetto regionale P
rof. Carbone
Attrezzatura per alto vuoto per misure XAFS
Cofinanziam
ento progetto regionale Prof. Volpe-O
perti
in fase di definizioneC
ofinanziamento progetto regionale P
rof. Baricco-Spoto (II tranche)
Strumentazioni per nuovo laboratorio di Sintesi idroterm
aliStrum
entazione per il nuovo laboratorio chimico e strum
entaleB
anco ottico Ram
an e FTIR per il nuovo laboratorio
Spese per attività di trasferimento tecnologico e dissem
inazione Prof. C
olucciaAltre spese di funzionam
ento: mat. di consum
o, servizi esterni, viaggi e missioni.
Assegni di ricerca, borse di studio interamente o parzialm
ente a carico del NIS in
corso di svolgimento
Borse di studio e contratti da assegnare
Contratto ex art. 19 (ricercatori a contratto) in corso di svolgim
ento
ENTR
ATE
USCITE approvate nel 2005-2006
Redazione a cura di:
Silvia Bordiga
Ugo Finardi
Gabriele R
icchiardi
Grafica:
Orange zer021
ww
w.orange021.com
Quota am
m.da N
IS
32,00000
350,000
153,00000
611,000
488,000
208.7740
155,677
276,700
43,765
158,700
182,400
90,000
80,000
21,200
10,680
16,000
2.877.896
Costo prog.
307,000
600,000
155,000
2,200,000
2,698,000
302,700
302,700
96,700
247,700
276,700
158,700
240,000
260 000
210,000
16,000
Periodo
2005-2007
2004-2008
2006-2010
2006-2008
2003-2006
2005-20102000-2006
2005-2008
2005-2007
2005-2008
2005-2008
2005-2008
2005-2008
2005-2008
2005-2008
2005-2008
2005-2008
2005-2008
2005-2008
2005-2008
2005-2008
2006
Titolo del progetto
Photocatalytic decontam
ination ofneurotoxic and vescicant com
poundsO
rganic Synthesis with zeolites:
Activation of CO
2and of organic
carbonates for fine chemicals.
Molecular Engineering of Interfaces of
Photonic D
evices based on Mesoscopic
Oxide layers
New
Metal O
rganic Framew
orks for Industrial ApplicationsIm
munoprobes for food
contamination analysis
Com
plex Metallic Alloys
Dem
ixing in Cu-C
o alloys
Matrici di m
icrocombustori ad idrogeno
Sviluppo di Micro fuell cells a m
etanoloed etanolo diretto per applicazioni portatili
Sistemi a base di C
arbonio nanostrut-turatoper applicazioni industrialiB
iosensori e interazioni neuroni-superfici nanostrutturateStudio per la realizzazione di un dispo-sitivo SQ
uID basato su nanogiunzioni
Josephson intrinseche in materiali
superconduttori ad alta TcP
rocessi di sintesi, proprietàm
eccaniche, applicazioni di legheam
orfe e nanostruturateM
ateriali nanostrutturati biocompatibili
per applicazioni biomediche
Arrays cellulari e molecolari basati su
materiali nanostrutturati fotoattivi
Materiali polim
erici nanostrutturati per la fabbricazione di m
embrane e
coatings funzionaliM
ateriali innovativi per l'im
magazzinam
ento di idrogenoStudio per il m
iglioramento di sistem
ielettrodici (M
EA) per fuel cell a bassatem
peraturaM
odellizzazione in silico di circuiti disegnale intracellulari che regolano la form
azione del sistema vascolare.
Sviluppo di compositi idrossiapatite/
zirconia nanostrutturati e funzional-m
ente graduati per impianti ortopedici
Biosensori M
EMS e N
EMS integrati per
analisi genomica, proteom
ica e m
olecolare
Responsabile/i
Adriano Zecchina
Adriano Zecchina
Guido Viscardi
Silvia Bordiga
Salvatore Coluccia
Livio Battezzati
Livio Battezzati
Salvatore Coluccia
Salvatore Coluccia
Adriano Zecchina
Emilio C
arbone
Paolo Volpe
Livio Battezzati
Claudio M
orterra
Salvatore Coluccia
Oscar C
hiantore
Marcello B
aricco
Palo Spinelli (P
olitecnico)G
iovanna Ghiotti (D
ip. IFM-N
IS)
Federico Bussolino
Silvia Bordiga
Emm
a Angelini (Politecnico),
Salvatore Coluccia (N
IS)
Fabrizio Pirri (P
olitecnico),Salvatore C
oluccia (NIS)
Contratto C
OR
EP - D
iadi
Tipo di prog.
NATO
CO
ST
CO
ST
STREP
STREP
NoE
MAP
-ESA
FISR
SettoreN
anotecnologie
SettoreSviluppoSostenibile
Settore Salute
TOTA
LE
82
FINA
NZIA
MEN
TI OTTEN
UTIP
RO
GETTI R
EGIO
NA
LI Ricerca A
pplicata, Bando 2004
PR
OG
ETTI REG
ION
ALI R
icerca Applicata, B
ando 2005
ALTR
I PR
OG
ETTI
PR
OG
ETTI NA
ZION
ALI
PR
OG
ETTI INTER
NA
ZION
ALI