Aspetti critici e ulteriori ambiti in cui DISAT intende intensificare la ricerca

Per completare il quadro della ricerca dipartimentale, sul quale si viene ad innestare il progetto in questione, occorre ricordare le seguenti altre tematiche in cui DISAT prevede una intensificazione delle ricerche e/o intende consolidare una posizione già affermata a livello nazionale/internazionale.

Pur essendo la ricerca DISAT già fortemente orientata sui temi della chimica dei materiali per la transizione energetica sostenibile, l'acquisizione di nuove apparecchiature, la valorizzazione del personale esistente e l’assunzione di nuovo personale permetterà di intensificare le attività di ricerca, in queste tematiche nonché in altre aree tematiche attuali e di forte impatto, ivi inclusi lo sviluppo di materiali catalitici, lo sviluppo di tecniche efficienti di inferenza e machine learning per sviluppare approcci quantitativi alla biologia cellulare e molecolare, il modelling delle proprietà elettroniche e ioniche nei nanomateriali e le proprietà superconduttive e magnetiche di materiali innovativi, inclusi materiali 2D.

In particolare, il potenziamento di tali attività richiede lo studio delle proprietà funzionali (chimiche, elettroniche, magnetiche) a livello atomico e molecolare, l'opportuna integrazione delle informazioni provenienti da diverse tecniche di analisi chimico-fisica e strutturale avanzata e l’uso di strumenti modellistici e computazionali per l’interpretazione dei risultati sperimentali.

Una tecnica molto efficace per condurre questo tipo di studi è la spettroscopia di assorbimento a raggi-X (XAS) che studia l'andamento del coefficiente di assorbimento di una sostanza in funzione dell'energia della radiazione incidente e permette di determinare strutture geometriche ed elettroniche (compresi stato di ossidazione e lunghezza dei legami) di materiali. Di solito queste misure vengono realizzate tramite radiazione elettromagnetica prodotta dall'accelerazione di particelle cariche all'interno di sincrotroni, il cui ottenimento di “beam-time” è complesso. L’acquisizione di un’apparecchiatura di laboratorio per effettuare questo tipo di misure (Lab-XAS) avrà un notevole impatto su DISAT, permettendo lo stesso tipo di analisi ma senza radiazione da sincrotrone.

Particolarmente importante è anche la Spettrometria di Risonanza Magnetica Nucleare ad alta risoluzione (HR-NMR a 600 MHz), realizzabile con strumentazione attualmente assente al DISAT. Tale strumentazione, nelle sue varianti atte a operare su campioni allo stato liquido o allo stato solido, riveste un ruolo fondamentale per lo studio composizionale e strutturale di sistemi organici ed inorganici, non alterati da processi di preparazione del campione, che ne stravolgono la funzione nel loro contesto originario.

Il DISAT è inoltre dotato di una apparecchiatura di spettroscopia fotoelettronica a raggi-X (XPS) acquisita nel 2009, che verrà fortemente potenziata e migliorata tramite un estensivo ricondizionamento. Ulteriori criticità sono superabili dotando il microscopio HR-TEM, acquisito nell’ambito del procedente progetto “Dipartimenti di Eccellenza 2018-22”, con una cella termica ambientale per effettuare misure “in situ / operando”, che permetta di monitorare l’evoluzione delle fasi reagenti e individuare le strutture a maggiore reattività superficiale ed ottenere avanzamenti significativi nella comprensione fenomenologica delle reazioni chimiche ed elettrochimiche coinvolte. Infine, un potenziamento delle risorse di calcolo scientifico avanzato ad alte prestazioni (HPC) garantirà l’intensificazione delle attività di modelling computazionale per l’interpretazione dei risultati sperimentali e per il raggiungimento di una comprensione profonda dei fenomeni chimici e fisici coinvolti.

Il DISAT trarrà inoltre grande beneficio da un ulteriore investimento di risorse umane nell’Area 03, acquisendo dall’esterno docenti di alta esperienza e inserendo nuovi giovani ricercatori, con competenze nei settori sopra descritti, nonché personale tecnico per la conduzione delle grandi apparecchiature dipartimentali. Questo contribuirà ad attenuare l’attuale sofferenza didattica dell’Area 03, consentendo ai docenti di concentrarsi maggiormente su ricerca di alto impatto.