La mia esperienza nella ricerca

L’attività di ricerca che ho svolto negli anni dal 2010 al 2016 può essere inquadrata nell’approccio teorico-sperimentale sullo studio delle proprietà chimiche di nuovi materiali sopratutto in vista di una loro applicazione per l’economia sostenibile. 

Ad esempio per quanto riguarda l’ambito delle fonti rinnovabili è tutt’ora oggetto di dibattito quali siano i “migliori” materiali per le celle fotovoltaiche; oppure quali siano i migliori nuovi materiali per prevenire gli effetti dell’inquinamento sul patrimonio culturale, tutti questi sono esempi di applicazione delle mie ricerche. 

Durante la tesi di Laurea ho indagato, principalmente da un punto di vista sperimentale, le proprietà fotocatalitiche dei derivati di TiO2, ossido di titanio, materiali chiamati fotocatalitici perchè in grado di catalizzare le reazioni chimiche se esposti alla luce. Nella tesi triennale invece ho studiato la morfologia dei catodi di batterie Li-Ion ad alta densità, LiFePO4 (litio ferrofosfato) utilizzando tecniche di sintesi a stato solido e caratterizzazione con diffrazione di raggi X.  Studiarne la morfologia significa in questo caso indagare il perché di cosi tanto interesse in una loro applicazione e cercare quindi di migliorare ancora tali prestazioni mediante opportuni trattamenti oppure anche esplorare materiali simili.

Nel tirocinio del dottorato di ricerca (presso la Scuola Normale Superiore di Pisa) gli stessi interessi di ricerca sono stati applicati da un punto di vista più computazionale impiegando modelli teorici più recentemente sviluppati (in particolare DFT e TD-DFT, teoria del funzionale della densità) per lo studio delle proprietà elettroniche di stati fondamentali ed eccitati per sistemi molecolari di diretto interesse tecnologico. E’ una visione più interna e più teorica delle stesse indagini sperimentali della tesi di laurea, indagando ancora di più nel profondo si scoprono cose sempre più interessanti.  

Come appena detto, a partire dagli studi di dottorato la mia azione di ricerca è stata impostata più in un’ottica teorica ma ancora aperta a studi sperimentali paralleli, dove il confronto del corrispondente risultato computazionale è sempre stato un momento cruciale. Da questo confronto diretto emerge tutta la potenza dei moderni strumenti computazionali sia in termini di potenza di calcolo (miglioramento delle architetture dei calcolatori) sia in termini di perfezionamento teorico dei modelli matematici. 

L’interesse di ricerca principale, nell’ambito delle indagini teorico-computazionali ha riguardato la simulazione di spettri di assorbimento ed emissione elettronica, impiegando un approccio modellistico chiamato vibronico, ossia “vibrazionalmente risolto” che in altre parole tiene conto anche di fattori vibrazionali quando si studia l’interazione della luce con la materia. Questi approcci si collocano all’interno della teoria di Franck-Condon. 

Un altro argomento importante dei miei studi è la previsione degli effetti elettronici (induttivi e di risonanza) dei gruppi funzionali delle molecole, che  sono il fattore chiave per comprendere le proprietà dell’intero sistema molecolare, le sue linee di assorbimento o di emissione e anche reattività indotta dalla luce. 

L’applicazione di tali metodi si è rivelata una scelta di grande successo per la previsione delle proprietà ottiche ed è l’argomento principale dei miei lavori pubblicati in peer review, dei poster nei seminario e nelle conferenze.