Cluster Carbonilici dei Metalli di Transizione

Prof. Stefano Zacchini

I cluster molecolari metallo-carbonilici (MCC) ad alta nuclearità possono essere visti come nanoparticelle metalliche stabilizzate da leganti perfettamente monodisperse (a livello atomico). Infatti, i cluster più grandi fino ad ora studiati hanno già dimensioni nanometriche, come nel caso delle nanoparticelle metalliche più piccole.

Utili informazioni sulle più piccole nanoparticelle metalliche possono essere ottenute studiando le proprietà elettroniche, spettroscopiche, magnetiche, strutturali e chimiche dei cluster molecolari e, tra questi, MCC ad elevata nuclearità. È particolarmente interessante capire come le proprietà fisiche di aggregati metallici cambiano all'aumentare delle dimensioni, e come avviene la transizione dal comportamento molecolare a quello delle fasi solide estese.

Molto lavoro deve essere dedicato alla preparazione e caratterizzazione di MCC di dimensioni sempre maggiori e con differenti composizioni. Il nostro gruppo ha recentemente dimostrato che la struttura di MCC molecolari con dimensioni di 1-2 nm è ancora fortemente influenzata dai leganti superficiali e che il loro cuore metallico è estremamente deformabile. Tali conclusioni sono state confermate anche nel caso di nanocluster di Au, di cui tre diverse strutture sono state recentemente riportate in letteratura da diversi gruppi di ricerca.

Il comportamento elettrochimico di MCC ad elevata nuclearità è in accordo con l'incipiente metallizzazione dei loro cuori metallici al crescere delle dimensioni. In aggiunta, la comprensione completa del comportamento NMR e magnetico di tali cluster è ancora uno dei nostri obiettivi principali.

MCC molecolari possono essere assemblati in fili molecolari, materiali charge-transfer e mono-strati nanostrutturati. Ulteriori applicazioni nel campo dei materiali molecolari nanostrutturati possono originarsi da uno studio sistematico delle loro proprietà di self-assembly.

MCC molecolari possono essere anche utili precursori per la preparazione, mediante decomposizione controllata, di nanoparticelle metalliche, nanofili metallici conduttori ("printable metals") e catalizzatori eterogenei nanostrutturati.

Complessivamente, MCC molecolari possono trovare applicazioni come singole nanoparticelle metalliche molecolari con proprietà fisiche controllate, come aggregati supra-molecolari nel campo dei materiali molecolari, e come precursori di nanoparticelle metalliche.

In conclusione, i cluster metallici molecolari possono avere un impatto sostanziale nelle nanoscienze e nanotecnologie contribuendo ad una migliore comprensione dei fenomeni fisici e chimici che intervengono nel "nanomondo".

All'interno di questo quadro teorico, il lavoro del nostro gruppo è dedicato alla sintesi e caratterizzazione di MCC molecolari ad elevata nuclearità, allo studio delle loro proprietà fisiche (es. spettroscopiche, magnetiche, elettrochimiche), al loro uso come building-block in fenomeni di self-assembly e come precursori di nanoparticelle metalliche, fili metallici e materiali nanostrutturati. I cluster da noi studiati riguardano metalli dei gruppi 8-10 e comprendono sia specie omo-metalliche che bi- ed etero-metalliche.

Settori ERC

• PE5_6 - New materials: oxides, alloys, composite, organic-inorganic hybrid, nanoparticles
• PE5_9 - Coordination chemistry
• PE5_13 - Homogeneous catalysis
• PE5_18 - Molecular chemistry

Responsabile scientifico
Prof. Stefano Zacchini

Membri del gruppo

• Prof.ssa Cristina Femoni 
• Prof.ssa Maria Carmela Iapalucci  
• Cristiana Cesari (Ricercatore Tempo Determinato tipo b) 
• Francesca Forti (Dottoranda)
• Giorgia Scorzoni (Dottoranda)

Collaborazioni nazionali e internazionali

• Dipartimento di Chimica e Chimica Industriale, Università di Pisa
• Dipartimento di Scienze Molecolari e Nanosistemi, Università Ca' Foscari Venezia
• Dipartimento di Fisica, Università di Parma
• Institut des Sciences et Ingénierie Chimiques, Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne, Switzerland
• Department of Chemistry, Catalysis Research Centre, Technical University Munich (TUM), Germany