Inorganic Functional Nanomaterials for Environment and Energy applications [Nanomateriali inorganici funzionali per applicazioni ambientali ed energetiche]

The present PhD thesis deals with the synthesis, characterisation and properties of advanced inorganic and hybrid inorganic/organic nanostructures for applications in the environmental and energy fields. Specifically, we synthesized a MoS₂/C composite using a novel and straightforward method designed to harness the unique electronic properties of both 1T and 2H phases of MoS₂, coupled with the electronic properties of graphitic carbon. This composite was exploited for the electrochemical detection of nitrites in real aqueous solutions. Furthermore, we synthesized some electrochromic and conductive Os(II) polypyridyl films on fluorine-doped tin oxide substrates, capable of Cr(VI) smart detection. Additionally, I pursued a green and innovative synthesis of copper nanoclusters for the optical detection of Hg²⁺ ions in laboratory aqueous solutions and seawater. Finally, within the field of renewable energy technologies, we explored an innovative system which combines 4H-SiC with 5,10,15,20-Tetra(4-pyridyl)-21H,23H-porphine for sustainable photocatalytic hydrogen production. Overall, our research finds application in the field of environmental sensing through the strategic synthesis of hybrid nanostructures, combining the distinct advantages of inorganic components to create robust, sensitive, and versatile detection platforms for pollutants. In addition, we also explored the potential of nanotechnology in addressing pressing energy challenges through innovative, practical, and more scalable solutions.

La presente tesi di dottorato tratta della sintesi, caratterizzazione e proprietà di nanostrutture avanzate inorganiche e ibride inorganiche/organiche per applicazioni nei campi ambientale ed energetico. In particolare, abbiamo sintetizzato un composito MoS₂/C utilizzando un metodo innovativo e semplice, progettato per sfruttarne le proprietà elettroniche uniche delle fasi 1T e 2H del MoS₂, combinate con le proprietà elettroniche del carbonio grafitico. Questo composito è stato sfruttato per il rilevamento elettrochimico dei nitriti in campioni reali.Inoltre, abbiamo sintetizzato film elettrocromici e conduttivi di Os(II) polipiridile su substrati di ossido di stagno drogato con fluoro, capaci di rilevare Cr(VI). In aggiunta, abbiamo perseguito la sintesi a basso impatto ambientale e innovativa di nanocluster di rame, impiegati per il rilevamento ottico degli ioni Hg²⁺ in soluzioni acquose di laboratorio e in acqua marina. Infine, nell'ambito delle tecnologie per le energie rinnovabili, abbiamo esplorato un sistema che combina il 4H-SiC con la 5,10,15,20-Tetra(4-piridil)-21H,23H-porfirina per la produzione fotocatalitica sostenibile di idrogeno. Nel complesso, la nostra ricerca trova applicazione nel campo del monitoraggio ambientale attraverso la sintesi strategica di nanostrutture ibride, combinando i vantaggi dei componenti inorganici per creare sistemi di rilevamento robusti, sensibili e versatili per gli inquinanti. Inoltre, abbiamo esplorato il potenziale della nanotecnologia per affrontare le pressanti sfide energetiche attraverso soluzioni innovative, pratiche e più scalabili.