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Decoration and Characterization of Carbon-based nanomaterial for third generation photovoltaic devices
(2018-03-16) Imbrogno, Alessandra; Critelli, Salvatore; Bonanno, Assunta; Macario, Anastasia; El Khakani, Alì
The PhD project is oriented on the synthesis and characterization of carbonbased nanomaterial and their eventual decoration with pulsed laser deposition technique for the developing of advanced nanomaterial suitable for photovoltaic application, in particular in DSSC devices. The dye sensitized solar cells belong to the third generation of photovoltaic devices, and are mainly composed of two electrodes deposited on FTO conductive glasses: the photoanode is also called \working electrode" (WE) and it is made of a thin lm of TiO2 deposited on a conductive FTO glass and sensitized by an organic dye, while the cathode, called \counter electrode" (CE), is made of a thin lm of platinum sputtered on a conductive FTO glass. The space between these two electrodes is lled with an electrolyte solution composed of a redox couple. The great advantage of these solar devices respect to traditional silicon-based solar devices is the relatively easy fabrication processes and the use of materials that are abundant on Earth. However, their conversion e ciency is still unsatisfactory, with conversion e ciency that barely reach the 18% for the solid-type DSSC and the 10% for the liquid-type of DSSC. The main issues that a ect the photovoltaic e ciency in DSSC are the dye deterioration, the high e-/h+ recombination in TiO2-dye substrate, the contact resistance between CE and electrolyte, and the degradation of the platinum counter electrode due to the electrolyte solution. During the last two decades many e orts have been made to resolve these issues, and some advances have been made by modify both the working and the counter electrodes. This Ph.D. project is focused on improving the materials used in both electrodes in liquid-type DSSC by using carbon nanomaterials. In particular, for what concern the counter electrode, the expensive platinum was substituted with multi walled carbon-nanotubes (MWCNT) decorated with metal nanoparticles that ensured both a good resistance to the corrosive action of the electrolyte solution and a highly rough surface that improved the catalysis of the redox reaction, resulting in a improvement of the photovoltaic performance of the DSSC device. For what concern the working electrode, instead, this Ph.D project was focused on the insertion of di erent carbon-based nanomaterials as multiwalled carbon nanotubes and graphene inside the TiO2 thin lm to reduce the loss of electron due to the e-/h+ recombination. Even in this case, the results showed interesting improvements of the photovoltaic e ciency of the DSSC device. All the experiments were conducted in both University of Calabria (Italy) and Institut National de la Recherche Scienti que (Canada).
Impianto Syndial-Eni di Cirò Marina (Kr): analisi geologica, ambientale e valutazione del livello del rischio (D.Lgs 81/2008)
(2018-05-11) Spezzano, Luigi; Critelli, Salvatore; Barca, Donatella; Macario, Anastasia
Preparation and characterization of hybrid nanosphers containing lipase for chiral drug biotransformation
(2014-11-11) Verri, Francesca; Giordano, Girolamo; Macario, Anastasia; Molinari, Raffaele
Le Lipasi sono adatte a catalizzare reazioni di esterificazioni in solventi organici, mostrando elevata enantioselettività rispetto a quella mostrata nelle reazioni di idrolisi. Rispetto al grande quantitativo di Lipasi descritte in letteratura, solo gli enzimi derivanti da poche specie hanno dimostrato di avere una adeguata stabilità e capacità di biosintesi che hanno permesso di utilizzarle in reazioni organiche e, quindi, la loro applicazione come enzimi di interesse industriale. Grazie a tali proprietà, le Lipasi sono stati ampiamente utilizzate per la produzione di composti enantiomericamente puri, nella risoluzione di alcool racemici e acidi organici. Vi è una tendenza sempre più in crescita verso l'uso di farmaci in forma di enantiomeri otticamente puri perché hanno target più specifici e hanno meno effetti collaterali rispetto alle miscele racemiche. Tra 1800 farmaci attualmente disponibili, circa la metà sono miscele chirali. Solitamente l'attività terapeutica di un farmaco viene mostrata solo da uni solo degli enantiomeri. In questo senso, l'attività farmacologica dei profeni, che costituiscono un importante gruppo di farmaci anti-infiammatori non steroidei (FANS) utilizzati nel trattamento di artrite e di malattie correlate, viene mostrata dal rispettivo (S) -enantiomero, che mostra un'attività 100 volte maggiore rispetto al suo antipode. Pertanto sforzi importanti per sintetizzare enantiomeri puri dei profeni sono attualmente in corso. Ibuprofene, è un acido carbossilico racemico, di cui ciascun enantiomero mostra un comportamento fisiologicamente diverso, essendo l'enantiomero (S) la forma che presenta una proprietà anti-infiammatoria. Negli ultimi anni, le lipasi sono stati utilizzati per la risoluzione chirale di (R,S)-Ibuprofene tramite esterificazione enantioselettiva, principalmente diretta in mezzi organici, per l'ottenimento del rispettivo estere racemico. Tra le diverse lipasi, la Lipasi da Rhizomucor miehei è in grado di catalizzare reazioni di est In particolare, in questo lavoro, la lipasi da Rhizomucor miehei è stato immobilizzato in nanosfere ibridi contenenti un nucleo liposomiale, in cui l'enzima è confinato. La fase organica (liposomi + lipasi) è stata protetta da una matrice di silice inorganica, creando cosi una struttura nanoparticellare (biocatalizzatori eterogenei). L'influenza di importanti fattori sperimentali nella procedura di sintesi dei biocatalizzatori ibridi sono stati studiati: il rapporto in peso tra la quantità di silice e di liposoma utilizzate, e il tempo di miscelazione tra liposoma e lipasi. Tutti i campioni sono stati caratterizzati mediante note ed avanzate tecniche analitiche, al fine di mettere a punto una procedura si sintesi ottimale per l'ottenimento di un biocatalizzatore eterogeneo morfologicamente omogeneo in cui lipasi è perfettamente immobilizzata all'interno della fase liposomiale, a sua volta perfettamente ricoperta dal guscio di silice inorganica. La procedura ottimizzata è stata utilizzata per la preparazione di due tipologie di nanosfere ibride, in cui il guscio di siliceinorganica è stato sintetizzato con e senza l'utilizzo del surfattante (Hexadecylamine). I catalizzatori eterogenei ottimizzati sono stati successivamente utilizzati come catalizzatori, nel processo di esterificazione enantioselettiva dell' Ibuprofene racemico, allo scopo di valutarne la prestazione catalitica. In particolare, è stata studiata l'influenza di diversi parametri sulla performance catalitica dei biocatalizzatori eterogenei ottimizzati:  natura del solvente (un solvente polare: isoottano; solvente polare: dimetilformammide);  tipologia di alcool (alcool primario con differente lunghezza della catena : metanolo; 1 -propanol; 1-butanolo);  temperatura di reazione (27, 37, 50 e 80 ° C). La migliore prestazione catalitica per il biocatalizzatore eterogeneo, è stato mostrato a 37 ° C, utilizzando isoottano come solvente e 1-propanolo come alcool (valore di rendimento estere compreso tra 78 e 93%). Inoltre, è stata osservata una forte iper-attivazione dell'enzima immobilizzato, rispetto alla forma libera: nelle stesse condizioni di reazione la resa in estere della Lipasi Libers risulta essere solo del 25%. Inoltre, il riutilizzo (numero di turnover (TON) e numero di turnover di frequenza (TOF)) e la stabilità dei biocatalizzatori eterogenei sono stati determinati per una potenziale applicazione industriale. La stabilità dei biocatalizzatori ottimizzati sintetizzati è molto elevata: fino a 9 cicli di reazione con un numero TOF 16 volte più alto di quella della lipasi libera.