Studio della reazione di riduzione dell'ossigeno mediante misure di microscopia a scansione per effetto tunnelling in set-up elettrochimico su octaetilporfirine di Co, Ni e Zn

The study of catalysts for oxygen reduction reaction (ORR) is crucial for the development of fuel cells, metal-air batteries and electrochemical sensors. In particular fuel cells utilizes ORR as a cathodic reaction, however its sluggish kinetic limits the overall reaction one. Nowadays platinum based catalysts show the best performance with the drawback of being expensive and critical raw materials, therefore research efforts are focused on new non precious catalysts. Here are investigated, in a foundamental research perspective, the electrocatalytic properties of transition metal based single-atom active sites. Metal octaethylporphyrins, with metal center M= Zn, Ni and Co, are used as model catatalysts, with the final pourpose of building a reactivity scale. Metal porphyrins are studied by in operando scanning tunneling microscopy, cyclic voltammetry and RRDE polarization technique.

Lo studio di catalizzatori per la reazione di riduzione dell'ossigeno (ORR) è di fondamentale importanza per lo sviluppo di celle a combustibile, batterie metallo aria e sensori elettrochimici. In particolare nelle celle a combustibile la ORR è la reazione catodica caratterizzata da una cinetica particolarmente lenta che perciò limita quella della reazione complessiva. Ad oggi i catalizzatori con migliori prestazioni sono quelli che utilizzano il platino con lo svantaggio di essere una materia prima critica e costosa, per cui gli sforzi della ricerca sono diretti verso nuovi catalizzatori che utilizzino materiali non preziosi. In questo particolare studio a carattere strettamente fondamentale si sono indagate le proprietà elettrocatalitiche di siti attivi a singolo atomo costituiti da metalli di transizione. In particolar modo sono state considerate e studiate come sistemi modello, in grado di mimare il comportamento di centri single site, octaetilporfirine metallate con centro metallico M = Zn, Ni e Co. Questo è stato fatto al fine di costruire una scala di reattività. Le metallo-porfirine sono state studiate attraverso misure in operando di microscopia a scansione ad effetto tunnel e mediante voltammetria ciclica e polarizzazione su elettrodo a disco rotante del tipo RRDE.