STUDIO TEORICO DI CATALIZZATORI ETEROGENEI PER REAZIONI DI INTERESSE AMBIENTALE

THIS THESIS PRESENTS A DFT-BASED COMPUTATIONAL INVESTIGATION AIMED AT DESIGNING HETEROGENEOUS CATALYSTS FOR GREEN CHEMISTRY, ORGANIZED INTO TWO MAIN PILLARS. THE FIRST SECTION EXPLORES TIO₂-BASED PHOTOCATALYSIS, FOCUSING ON TIO₂ HYBRIDS FOR ROS PRODUCTION, TIO₂-ABIETATE SYSTEMS FOR PLASTIC DEGRADATION, AND TIO₂-BASED MOFS FOR GREEN HYDROGEN PRODUCTION VIA WATER SPLITTING. THE SECOND SECTION INVESTIGATES ELECTROCATALYTIC REACTIONS FOR ENERGY CONVERSION. THE STUDY INCLUDES SINGLE ATOM CATALYSTS (SACS) FOR CO₂ REDUCTION (CO2RR), SUPPORTED METAL CLUSTERS FOR OXYGEN REDUCTION (ORR), AND MOS₂-BASED MATERIALS FOR THE HYDROGEN EVOLUTION REACTION (HER). THE ATOMISTIC INSIGHTS PROVIDED BY THESE MODELS RATIONALIZE REACTION MECHANISMS WHILE CRITICALLY ADDRESSING METHODOLOGICAL LIMITATIONS TO BRIDGE THE GAP BETWEEN THEORETICAL SIMULATIONS AND REAL-WORLD OPERATING CONDITIONS.

QUESTA TESI PRESENTA UN'INDAGINE COMPUTAZIONALE BASATA SULLA TEORIA DEL FUNZIONALE DELLA DENSITÀ (DFT) VOLTA AL DESIGN DI CATALIZZATORI ETEROGENEI PER LA CHIMICA SOSTENIBILE, STRUTTURATA IN DUE PILASTRI PRINCIPALI. LA PRIMA PARTE APPROFONDISCE I PROCESSI DI FOTOCATALISI SU BASE BIOSSIDO DI TITANIO (TIO₂). LA RICERCA HA RIGUARDATO LO SVILUPPO DI SISTEMI IBRIDI DI TIO₂ PER LA GENERAZIONE DI SPECIE REATTIVE DELL'OSSIGENO (ROS), L'IMPIEGO DI COMPLESSI TIO₂-ABIETATO PER LA DEGRADAZIONE DELLE PLASTICHE E L'USO DI MOF BASATI SU TIO₂ PER LA PRODUZIONE DI IDROGENO TRAMITE WATER SPLITTING. LA SECONDA PARTE SI FOCALIZZA SULLE REAZIONI ELETTROCATALITICHE PER LA CONVERSIONE DELL'ENERGIA. SONO STATI INVESTIGATI SINGLE ATOM CATALYSTS (SACS) PER LA RIDUZIONE DELLA CO₂ (CO2RR), CLUSTER METALLICI SUPPORTATI PER LA RIDUZIONE DELL'OSSIGENO (ORR) E DERIVATI DEL MOS₂ PER LA PRODUZIONE DI IDROGENO (HER). L'INTEGRAZIONE DI QUESTI MODELLI PERMETTE DI RAZIONALIZZARE I MECCANISMI DI REAZIONE A LIVELLO ATOMISTICO, FORNENDO UNA PROSPETTIVA CRITICA SULLE LIMITAZIONI METODOLOGICHE PER RIDURRE IL DIVARIO TRA SIMULAZIONE TEORICA E CONDIZIONI OPERATIVE REALI.