In occasione dello Users Meeting, il dott. Francesco Armillotta, dottorando di ricerca in Fisica del XXXV ciclo presso la nostra Università, è stato insignito del premio “MAX IV Students Science Award 2021” del Sincrotrone Max IV di Lund (Svezia). Il premio viene conferito annualmente allo studente che porta il miglior contributo scientifico nell’ambito di un esperimento che coinvolge misure effettuate presso il sincrotrone svedese.

Il premio è stato attribuito per l’osservazione sperimentale diretta in fase di reazione della molecola di “idroperossile” (O₂H), un fondamentale crocevia tra due importanti reazioni coinvolte nel processo di Riduzione dell’Ossigeno (ORR) , di strategica importanza nell’ambito delle energie rinnovabili. Infatti questo meccanismo è anche alla base del funzionamento delle future generazioni di elettrodi per le batterie ricaricabili metallo-aria, delle celle a combustibile e nella produzione di acqua ossigenata, processo ancora particolarmente costoso per la produzione a larga scala. Identificare e studiare questo intermedio di reazione così “da vicino” consente da un lato di verificare le ipotesi già esistenti sui vari percorsi di reazione, e dall’altro apre la possibilità di controllare ed ottimizzare la reazione.

Per poter osservare questa molecola, caratterizzata da un comportamento fortemente elusivo, il dott. Armillotta si è avvalso di un sistema biomimetico modello, costituito da un monostrato di molecole planari (porfirine di cobalto o CoTPyP) auto-assemblato su un singolo foglio di grafene supportato. Esponendo il sistema ad un’atmosfera di acqua ed ossigeno, in determinate condizioni, l’idroperossile si forma e viene stabilizzato sull’atomo di cobalto al centro della porfirina grazie ad un complesso gioco di interazioni tra substrato, metallo ed acqua. Lo studio ha richiesto l’impiego di tecniche sofisticate di fisica delle superfici per poter studiare la reazione in situ, ben oltre il consueto limite degli studi condotti in vuoto. Negli esperimenti sono state impiegate a pressione quasi ambiente, al limite della condensazione liquida, la Spettroscopia Non-lineare a Generazione di Frequenza Somma (@Units) e la Spettroscopia Fotoelettronica a Raggi X (@MAX IV). Per la comprensione della fenomenologia osservata è stato fondamentale il contributo teorico fornito dal gruppo della prof.ssa Peressi (DF UniTs), e nello specifico dal dott. Davide Bidoggia, pure dottorando in Fisica di UniTs, il tutto nel contesto di una collaborazione internazionale coordinata dal prof. Erik Vesselli (DF UniTs) e parzialmente finanziata nell’ambito di un progetto ministeriale PRIN2017.