CHINANOR Advanced Materials

CHINANOR è un gruppo multidisciplinare con consolidate competenze nei settori della chimica inorganica (prof. Maria Cristina Cassani, https://www.unibo.it/sitoweb/maria.cassani) e analitica (prof. Barbara Ballarin, https://www.unibo.it/sitoweb/barbara.ballarin). L’obiettivo della ricerca può essere riassunto in: progettazione, preparazione e caratterizzazione di materiali innovativi per applicazioni nel settore biomedico, ambientale ed energetico.

Temi di ricerca

1. Sviluppo di sistemi nanostrutturati a base di nanoparticelle metalliche. Questa linea di ricerca riguarda la messa a punto di procedure sintetiche/elettrosintetiche atte all'ottenimento di sistemi nanostrutturati a base di nanoparticelle metalliche o ossidi metallici  supportati su materiali di vario tipo (silice, allumina, titania, magnetite, idrotalcite, cellulosa, ecc.) funzionalizzati con residui organici. Tali nuove procedure riguardano sistemi che siano in grado sia di formare le nanoparticelle a partire da sali (es. sali di oro), sia di stabilizzarle con gruppi funzionali opportuni (ammine, tioli, ecc.). Modulando opportunamente la scelta del supporto e/o del funzionalizzante utilizzato si riesce a controllare la distribuzione dimensionale delle nanoparticelle.

2. Sintesi chimica ed elettrochimica di Metal Organic Frameworks (MOFs). I MOFs sono una classe di materiali cristallini con alta area superficiale. Rispetto ai tradizionali adsorbenti porosi, l’unicità della struttura cristallina dei MOFs permette di progettare strutture con dimensioni e proprietà chimico-fisiche della superficie interna dei pori pre-determinate, per applicazioni specifiche. I MOF hanno quindi attratto l’interesse di molti scienziati e ingegneri, spingendo verso la loro ottimizzazione per applicazioni industriali, come lo stoccaggio e la separazione di gas, la sensoristica, la purificazione dell’acqua e del suolo, la biomedicina, ma anche la microelettronica.

3. Sviluppo di sistemi compositi per applicazioni nel settore energetico e sensoristico. Questa linea di ricerca ha come obiettivo la sintesi e/o elettrosintesi di materiali compositi conduttori a base di fibre di cellulosa (carta conduttiva) o idrogel. L'obiettivo è quello di costruire sistemi a basso costo e a basso impatto ambientale utilizzabili come “sistemi monouso” in grado di fornire segnali di “output”  in risposta a specifici segnali di “input”. Tali sistemi  possono essere applicati nel settore sensoristico per applicazioni nel campo ambientale (sensori per umidità), energetico (pseudocapacitori), elettronico (touch screen, TENG) o biomedico (wound healing). La conducibilità del materiale viene garantita dalla presenza di polimeri conduttori o ossidi metallici mentre come materiale di supporto vengono utilizzate fibre di cellulosa o polimeri sintetici (es. polivinil alcool) a seconda che si voglia preparare carta conduttiva o idrogel.

Attività

Le attività sperimentali del gruppo si svolgono nei laboratori CHINANOR presso il Dipartimento di Chimica Industriale “Toso Montanari” dell’Università di Bologna. I laboratori sono dotati di attrezzature allo stato dell’arte per la sintesi e la caratterizzazione spettroscopica ed elettrochimica. I metodi più ampiamente utilizzati per la caratterizzazione dei composti, dei loro componenti e di specie modello sono: NMR, IR, UV-Vis, GC-MS, ESI-MS, DLS, AA, ICP, XRD, TGA, Microscopia SEM e TEM. A queste tecniche si aggiungono le classiche tecniche elettrochimiche (voltammetria ciclica, cronoamperometria), tecniche di spettroscopia di impedenza e spettroelettrochimica, e misure di conducibilità a 4 punte, utilizzate sia per caratterizzare i materiali sia per investigarne il comportamento.  

Pubblicazioni più recenti

• V. Di Matteo, M.F. Di Filippo, B. Ballarin, F. Bonvicini, M.R. Iaquinta, S. Panzavolta, E. Mazzoni, M.C. Cassani, "Porous titanium scaffolds modified with zeolitic imidazolate framework (ZIF-8) with enhanced osteogenic acitivity for the prevention of implant-associated infections", Front. Chem. 2024, 12:1452670. doi: 10.3389/fchem.2024.1452670.
• A. Giovagnoli, G. D’Altri, L. Yeasmin, V. Di Matteo, S. Scurti, M.F. Di Filippo, I. Gualandi, M.C. Cassani, D. Caretti, S. Panzavolta, M.L. Focarete, M. Rea, B. Ballarin, “Multi-Layer PVA-PANI Conductive Hydrogel for Symmetrical Supercapacitors: Preparation and Characterization”, Gels 2024, 10, 458. https://doi.org/10.3390/gels10070458
• B. Ballarin, M.C. Cassani, V. Di Matteo, L. Yeasmin, I. Gualandi, “A Promising Material for Sensors and Biomedical Devices”,  LA CHIMICA E L’INDUSTRIA, 2024, 1, 44-49, http://dx.medra.org/10.17374/CI.2024.106.1.44.
• G. D’Altri, L. Yeasmin, V. Di Matteo, S. Scurti, A. Giovagnoli, M.F. Di Filippo, I. Gualandi, M.C. Cassani, D. Caretti, S. Panzavolta, E. Scavetta, M. Rea, B. Ballarin, “Preparation and Characterization of Self-Healing PVA−H₂SO₄ Hydrogel for Flexible Energy Storage”, ACS Omega 2024, 9, 6391; https://doi.org/10.1021/acsomega.3c05392
• Di Matteo, M.F. Di Filippo, B. Ballarin, G.A. Gentilomi, F. Bonvicini, S. Panzavolta, M.C. Cassani, "Cellulose/Zeolitic Imidazolate Framework (ZIF-8) Composites with Antibacterial Properties for the Management of Wound Infections”,  J. Funct. Biomater., 2023,14, 472; https://doi.org/10.3390/jfb14090472
• I. Ragazzini, I. Gualandi, G. D’Altri, V. Di Matteo, L. Yeasmin, M.C. Cassani, E. Scavetta, E. Bernardi, B. Ballarin, “Polyaniline/poly-(2-acrylamido-2-methyl-1-propanesulfonic acid) modified cellulose as promising material for sensor design”, Carbohydrate Polymers, 2023, 316, 121079; https://doi.org/10.1016/j.carbpol.2023.121079
• I. Ragazzini, R. Castagnoli, I. Gualandi, M.C. Cassani, D. Nanni, F. Gambassi, E. Scavetta, E. Bernardi, B. Ballarin,  “A resistive sensor for humidity detection based on cellulose/polyaniline”, RSC Adv., 2022, 12, 28217; DOI: 10.1039/d2ra03982
•  G. Pagot, M.C. Cassani, * F. Gambassi, B. Ballarin, D. Nanni, M. Coi, D. Barreca, E. Boanini, Vito Di Noto, “Propargyl carbamate-functionalized Cu(II)-metal organic framework after reaction with chloroauric acid: An x-ray photoelectron spectroscopy data record”,  Surf. Sci. Spectra, 2022, 29, 024007; https://doi.org/10.1116/6.0001950
• I. Ragazzini, I. Gualandi, S. Selli, C. Polizzi, M.C. Cassani, D. Nanni, F. Gambassi, F. Tarterini, D. Tonelli, E. Scavetta, B. Ballarin, “A simple and industrially scalable method for making a PANI-modified cellulose touch sensor” , Carbohydrate Polymers, 2021, 254, 117304.
• M.C. Cassani, F. Gambassi, B. Ballarin, D. Nanni, I. Ragazzini, D. Barreca, C. Maccato, A. Guagliardi, N. Masciocchi, A. Kovtun, K. Rubinig, E. Boanini,“A Cu(II)-MOF based on a propargyl carbamate-functionalized isophthalate ligand” , RSC Adv., 2021, 11, 20429.
• M.C. Cassani, R. Castagnoli, F. Gambassi, D. Nanni, I. Ragazzini, N. Masciocchi, E. Boanini and B. Ballarin, “A Cu(II)-MOF based on a propargyl carbamate-functionalized isophthalate ligand as nitrite electrochemical sensors”, Sensors, 2021, 21, 4922.

Settori ERC

PE4_4 Surface science and nanostructures; PE4_8 Electrochemistry, electrodialysis, microfluidics, sensors; PE4_10 Heterogeneous catalysis; PE5_6 - New materials: oxides, alloys, composite, organic-inorganic hybrid, nanoparticles

Membri del Gruppo:

Prof. Barbara Ballarin (https://www.unibo.it/sitoweb/barbara.ballarin)

Prof. Maria Cristina Cassani (https://www.unibo.it/sitoweb/maria.cassani/)

Dr. Valentina di Matteo (Borsista di Ricerca, dottoranda 38° ciclo FRONTIERS, valentina.dimatteo5@unibo.it)

Dr. Lamyea Yeasmin (dottoranda 38° ciclo, yeasmin.lamyea@unibo.it), dottorato PNRR  “Smart Devices for Energetic, Biomedical and Environmental Applications” finanziata nell'ambito del DM 351/2022 Transizioni digitali.

Collaborazioni nazionali e internazionali

• Dipartimento di Chimica "Giacomo Ciamician", Università di Bologna.
• Dipartimento di Scienze Chimiche e Farmaceutiche, Università di Ferrara.
• Dipartimento di Scienze Chimiche, Università di Padova e Istituto di Chimica della Materia Condensata e di Tecnologie per l'Energia, Consiglio Nazionale delle Ricerche, ICMATE-CNR, Padova.·        
• Istituto per la Sintesi Organica e la Fotoreattività, ISOF-CNR, Bologna.·        
• Istituto per la Microelettronica e Microsistemi, IMM-CNR, Bologna. ·        
• Istituto per lo Studio dei Materiali Nanostrutturati, ISMN-CNR, Bologna.·        
• Unité de Catalyse ed de Chimiedu Solide, Université Lille (F).
• Università Politecnica delle Marche: sintesi di scintillatori organici/inorganici. ·        
• Center of Chemistry and Biochemistry, Faculty of Sciences, University of Lisbon, Portogallo. ·        
• Istituto di Scienza e Tecnologia dei Materiali Ceramici, ISTEC-CNR, Faenza. ·        
• PETRONAS LUBRICANTS ITALY S.p.A., Torino, Italy.·       
• Cromatos S.r.l.,Forlì, Italy.·        
• UNIGRA’ S.r.l., Conselice (RA), Italy
• TFL Italia S.p.A., Montebello Vicentino (VI), Italy
• ALPI S.p.A., Modigliana (FC), Italy