Elettrodi funzionalizzati con complessi organometallici come catalizzatori per la riduzione della CO2

Questo lavoro di tesi riguarda l’utilizzo di particolari elettrodi funzionalizzati con complessi organometallici come catalizzatori per la conversione elettrochimica dell’anidride carbonica in composti a più alto valore aggiunto, riutilizzabili come fonti per altri impieghi, soprattutto energetici. L’obiettivo è caratterizzare questi complessi organometallici e studiarne il loro comportamento come catalizzatori in fase eterogenea, nell’ottica di un loro impiego per la conversione dell’anidride carbonica, tipicamente prodotta da processi industriali di origine antropica. Il primo capitolo illustra il problema del continuo aumento di CO2 in atmosfera, le principali cause, le conseguenze che ne derivano, a breve e lungo termine, come l’aumento di temperatura, lo scioglimento dei ghiacciai e l’acidificazione degli oceani. Il secondo capitolo pone l’attenzione su una delle possibili soluzioni ai problemi sopra evidenziati ovvero la conversione dell’anidride carbonica attraverso riduzione elettrochimica, in particolare grazie all’utilizzo di peculiari catalizzatori che favoriscono il processo. Si prosegue con una panoramica sulle sfide di questi sistemi e sulle diverse caratteristiche che portano alla scelta di un catalizzatore in particolare; si ha poi un approfondimento sui complessi bipiridinici impiegabili come catalizzatori, all’interno dei quali rientrano i composti studiati in questo lavoro, e alle diverse opportunità che si presentano nella scelta del centro metallico e dei leganti. I capitoli successivi riguardano in dettaglio il lavoro sperimentale svolto durante l’attività di tesi, rispettivamente l’utilizzo dei complessi fac-Re(apbpy)(CO)3Cl, Mo(apbpy)(CO)4 e W(apbpy)(CO)4. Qui si espongono le tecniche utilizzate, le procedure di sintesi dei relativi composti, la caratterizzazione e infine il loro comportamento elettrochimico in assenza e in presenza di CO2, confrontato con i lavori presenti in letteratura e realizzati in passato dal nostro gruppo di ricerca. L’aspetto innovativo per quanto concerne l’uso di questi complessi riguarda la loro elettrodeposizione su un elettrodo a base di carbonio (carbon cloth) tramite legami covalenti, in modo da svolgere esperimenti di catalisi eterogenea anche in acqua, solvente “green” per eccellenza. Superando i lavori già presenti in letteratura, in questi tesi sono state effettuate analisi sui catalizzatori a base di Re, Mo e W sopracitati anche con l’aggiunta di modifiche al sistema per la riduzione dell’anidride carbonica, per verificare l’influenza di eventuali additivi. Infine, per tutti e tre i complessi studiati, sono riportati i prodotti di riduzione ottenuti, le rese in termini di efficienza faradica (FE) e di turnover number (TON); questi risultati vengono riassunti nel capitolo conclusivo.