Deidrogenazione catalitica di idrocarburi per la produzione di H2 "on-board"

Lo studio della deidrogenazione catalitica di idrocarburi affronta uno dei problemi principali per l'applicazione delle fuel cells in aeromobili. La conversione di miscele di idrocarburi in H2 può essere eseguita in loco, evitando le difficoltà di stoccaggio dell'idrogeno: l'H2 prodotto è privo di CO e CO2 e può essere alimentato direttamente alle celle a combustibile per dare energia ai sistemi ausiliari, mentre i prodotti deidrogenati, mantenendo le loro originali caratteristiche possono essere riutilizzati come carburante. In questo un lavoro è stato effettuato uno studio approfondito sulla deidrogenazione parziale (PDH) di diverse miscele di idrocarburi e carburante avio JetA1 desolforato utilizzando Pt-Sn/Al2O3, con l'obiettivo di mettere in luce i principali parametri (condizioni di reazione e composizione di catalizzatore) coinvolti nel processo di deidrogenazione. Inoltre, la PDH di miscele idrocarburiche e di Jet-A1 ha evidenziato che il problema principale in questa reazione è la disattivazione del catalizzatore, a causa della formazione di residui carboniosi e dell’avvelenamento da zolfo. Il meccanismo di disattivazione da residui carboniosi è stato studiato a fondo, essendo uno dei principali fattori che influenzano la vita del catalizzatore e di conseguenza l'applicabilità processo. Alimentando molecole modello separatamente, è stato possibile discriminare le classi di composti che sono coinvolti principalmente nella produzione di H2 o nell’avvelenamento del catalizzatore. Una riduzione parziale della velocità di disattivazione è stata ottenuta modulando l'acidità del catalizzatore al fine di ottimizzare le condizioni di reazione. I catalizzatori Pt-Sn modificati hanno mostrato ottimi risultati in termini di attività, ma soffrono di una disattivazione rapida in presenza di zolfo. Così, la sfida finale di questa ricerca era sviluppare un sistema catalitico in grado di lavorare in condizioni reali con carburante ad alto tenore di zolfo, in questo campo sono stati studiati due nuove classi di materiali: Ni e Co fosfuri supportati su SiO2 e catalizzatori Pd-Pt/Al2O3.

Nanocarbon-Supported Electrocatalysts for the Alkaline Water Splitting and Fuel Cells

Electrocatalysts play a significant role in the processes of electrochemical energy conversion. This thesis focuses on the preparation of carbon-supported nanomaterials and their application as electrocatalysts for alkaline water electrocatalysis and fuel cell. A general synthetic route was developed, i.e., species intercalate into carbon layers of graphite forming graphite intercalation compound, followed by dispersion producing graphenide solution, which then as reduction agent reacts with different metal sources generating the final materials. The first metal precursor used was non-noble metal iron salt, which generated iron (oxide) nanoparticles finely dispersed on carbon layers in the final composite materials. Meanwhile, graphite starting materials differing in carbon layer size were utilized, which would diversify corresponding graphenide solutions, and further produce various nanomaterials. The characterization results showed that iron (oxide) nanoparticles varying in size were obtained, and the size was determined by the starting graphite material. It was found that they were electrocatalytically active for oxygen reactions. In particular, the one with small iron (oxide) nanoparticles showed excellent electrocatalytic activity for both oxygen reduction reaction (ORR) and oxygen evolution reaction (OER). Afterwards, the metal precursor was tuned from non-noble metal salt to noble metal salt. It was confirmed that carbon-supported Rh, Pt, and RhPt (oxide) nanoparticle composite materials were also successfully obtained from the reaction between graphenide solution and corresponding noble metal precursor. The electrochemical measurements showed that the prepared noble metal-based nanomaterials were quite effective for hydrogen evolution reaction (HER) electrocatalysis, and the Rh sample could also display excellent electrocatalytic property towards OER. Moreover, by this synthetic approach carbon-supported noble metal Pt and non-noble metal nickel (Ni) composite material was also prepared. Therefore, the utilization efficiency of noble metal could be improved. The prepared NiPt sample displayed a property close to benchmark HER electrocatalyst.

Measurement of low pT D0 meson production cross section at CDF II

In this thesis we present a study of the D0 meson (through one of its two-body decay channel, D0 → Kπ) collected by the CDF II experiment at the Tevatron pp ̄ collider at Fermilab. In particular we measured the differential production cross section as a function of the transverse momentum down to pT = 1.5 GeV/c.