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Dipartimento di Fisica - Politecnico di Milano

Studio della protezione di elettrodi in ambienti acidi

La tesi si propone di studiare il ruolo di alcune molecole (principalmente porfirine) nella protezione degli elettrodi immersi in soluzione. In particolare, gli elettrodi di grafite sono utilizzati nelle moderne batterie di uso commerciale e sono soggetti a fenomeni di degradamento a seguito della presenza di sostanze acide (tipicamente acido solforico). Per questo motivo si cercano strategie sempre nuove (facile realizzazione, bassi costi) che possano prevenire il deterioramento dell’elettrodo e dunque la morte della batteria. Recentemente si è scoperto che alcune molecole organiche come le porfirine sono in grado di prolungare la vita degli elettrodi quando depositate sulla loro superficie. Il motivo di tale fenomeno è ancora sconosciuto. Uno studio approfondito di questa tematica richiede l'uso di una cella elettrochimica nella quale, potendo variare il potenziale applicato all’elettrodo, permette di pilotare i diversi processi chimici in atto. Al tempo stesso, lo studio della stabilità dei film organici sulla superficie della grafite su scala atomica/molecolare richiede l'uso di un microscopio ad altissima risoluzione di tipo AFM (atomic force microscopy) e/o STM (scanning tunneling microscopy). Questi apparati sperimentali lavorano generalmente su campioni tenuti in aria o in vuoto ma una loro versione avanzata permette di immergere la testa del microscopio anche in soluzione [electrochemical AFM/STM (EC-AFM/STM)]. In figura (vedi sotto), un'immagine di cristalli di porfirine cresciuti su un elettrodo di grafite, acquisita con EC-AFM. Al laureando si richiede una conoscenza di elementi di chimica di base, indispensabile per poter operare semplici manipolazioni chimiche e la preparazione della soluzione elettrochimica utilizzata durante gli esperimenti. Dopo un training veloce sull’uso dell’EC-AFM/STM, il laureando sarà coinvolto nell’acquisizione delle immagini di microscopia, alla loro analisi e alla loro correlazione con altre tecniche di analisi più prettamente chimiche [voltammetria ciclica (CV)]. La tesi avrà durata di almeno 9 mesi ed è da considerarsi a tempo pieno (dal lunedì al venerdì).

 

 

Bibliografia.

M. Penconi et al., "Customised porphyrin coating films for graphite electrode protection: An investigation on the role of peripheral groups by coupled AFM and cyclic voltammetry techniques", Appl. Surf. Sci. 507 (2020) 145055.