Fotocatalizzatori di seconda generazione: sintesi e indagine strutturale su nanoparticelle di Ti1-xVxO2

Il TiO2 �� probabilmente il fotocatalizzatore maggiormente studiato in letteratura a partire gi�� dagli anni settanta. Le applicazioni pi�� rilevanti dei dispositivi fotocatalitici sono in campo ambientale (depurazione delle acque da inquinanti quali coloranti, microbatteri e residui metallici) e nella produzione di "solar fuel" (combustibili solari), fra questi l'idrogeno. L'idrogeno come vettore energetico �� eco-compatibile e pu�� essere utilizzato come carburante il cui prodotto di scarto �� vapor d'acqua. Il biossido di titanio �� uno dei materiali pi�� promettenti per la costruzione di celle fotocatalitiche, grazie alla sua biocompatibilit�� e resistenza alla corrosione in ambiente acquoso. Il limite principale di questo materiale �� legato allo scarso assorbimento nel visibile dovuto al band gap troppo elevato (circa 3.2 eV). Fra le varie strategie per superare questo problema, �� stato mostrato che opportuni droganti permettono di incrementare la "Visible Light Activity", portando ai cosiddetti fotocatalizzatori di 2a generazione. I droganti pi�� promettenti sono il vanadio e l'azoto che possono essere utilizzati singolarmente o in co-doping. L'inserimento di questi materiali nella matrice di TiO2 porta a un notevole miglioramento dei dispositivi abbassando il valore di band gap e permettendo un maggiore assorbimento nello spettro solare. Scopo di questa tesi �� lo studio dei processi di crescita di film nanoparticellari di TiO2 drogato con vanadio. La tecnica di crescita usata �� la Condensazione in Gas Inerte (IGC), mentre per l'indagine di morfologia e composizione ci si �� serviti della microscopia elettronica. Con l'ausilio della diffrazione di raggi X �� stato possibile controllare lo stato di cristallizzazione e determinare a quali temperature di trattamento in atmosfera ossidante avviene quest'ultima. Tramite le misure micro-Raman effettuate presso i laboratori dell'Universit�� di Trento �� stato possibile monitorare l'andamento della cristallizzazione di campioni depositati con parametri di evaporazione differenti (presenza di ossigeno o meno nell'atmosfera di evaporazione), evidenziando un maggior controllo sulla fase cristallina ottenuta per i campioni cresciuti in atmosfera ricca di ossigeno. Sono state effettuate analisi strutturali avanzate presso i laboratori ESRF di Grenoble, dove sono state portate avanti misure di assorbimento di raggi X di tipo EXAFS e XANES sulla soglia del titanio e del vanadio, evidenziando il carattere sostituzionale del vanadio all'interno della matrice di TiO2 e le diverse fasi di cristallizzazione.

Charge and spin transport in memristive La0.7Sr0.3Mno3/SrTiO3/Co devices

Il lavoro svolto si concentra sul trasporto di carica e spin in dispositivi trilayer La0.7Sr0.3MnO3/SrTiO3/Co multifunzionali. Questi dispositivi mostrano sia magnetoresistenza che resistive switching, con un'interessante interazione fra i due effetti. Le giunzioni SrTiO3 sono state scelte per questo lavoro sia per via dei precedenti studi su SrTiO3 come barriera in dispositivi spintronici (cio�� dispositivi con magnetoresistenza), sia perch�� sono promettenti come materiale base per costruire memristor (cio�� dispositivi con resistive switching). Il lavoro di tesi �� stato svolto all'Istituto per lo studio dei materiali nanostrutturati (ISMN-CNR) a Bologna. Nella prima parte di questa tesi illustrer�� la fisica dietro al resistive switching e alla magnetoresistenza di dispositivi trilayer, mostrando anche risultati di studi su dispositivi simili a quelli da me studiati. Nella seconda parte mostrer�� la complessa fisica degli ossidi utilizzati nei nostri dispositivi e i possibili meccanismi di trasporto attraverso essi. Nell'ultima parte descriver�� i risultati ottenuti. I dispositivi La0.7Sr0.3MnO3/SrTiO3/Co sono stati studiati tramite caratterizzazione elettrica, di magnetotrasporto e con spettroscopia di impedenza. Le misure ottenute hanno mostrato una fisica molto ricca dietro al trasporto di spin e carica in questi dispositivi, e la mutua interazione fra fenomeni spintronici e di resistive switching rappresenta una chiave per comprendere la fisica di questi fenomeni. Analisi dati della dipendenza della resistenza della temperature e caratteristiche corrente-tensioni saranno usati per quantificare e descrivere il trasporto in questi dispositivi.

Analisi spettrale in banda X e propriet�� multi-frequenza della galassia ULIRG IRAS 13120-5453

L���interruzione dell���attivit�� di formazione stellare nelle galassie attraverso l���azione di venti guidati dalla potenza dell���AGN e/o dall���attivit�� di starburst �� una fase prevista da tutti i modelli di coevoluzione tra i buchi neri super massicci e la galassia ospite. La recente scoperta di venti molecolari massivi in alcune ULIRG locali ha fornito una prova forte a favore dell���esistenza del meccanismo di feedback negativo nelle galassie. Ad oggi non �� chiaro il ruolo che l'attivit�� di AGN e di starburst hanno nella produzione dei venti: tuttavia, la maggior parte delle ULIRG in cui sono stati osservati i venti molecolari presentano elevati tassi e velocit�� di outflow, suggerendo che l'AGN giochi un ruolo principale. IRAS 13120-5453 rappresenta un caso particolare: la sua attivit�� e dominata dalla formazione stellare, ma sembra anche ospitare un AGN oscurato al suo interno. Tuttavia, non presenta elevati tassi di outflow e velocit�� dei venti: non �� quindi chiaro quale dei due fenomeni vi sia all'origine. In questo lavoro di tesi si �� operata un'analisi multibanda di questa sorgente con lo scopo di studiarne le principali propriet�� fisiche. Lo studio in banda X attraverso l'analisi dei dati provenienti dai satelliti XMM-Newton, Chandra e NuSTAR ha permesso di conoscere parametri importanti come il grado di oscuramento della sorgente e la potenza dell'AGN. Con l'analisi in banda IR, �� stato possibile conoscere il contributo dell'AGN e della starburst alla luminosit�� IR e i principali parametri fisici di questa galassia. L���obiettivo di tale lavoro �� quello di capire il ruolo svolto da questi due principali fenomeni e quale possa essere la connessione con i venti molecolari.

An X-ray study of CIV-selected AGN in the COSMOS field

Negli ultimi vent���anni innumerevoli sforzi sono stati compiuti a livello internazionale per ottenere un censimento completo degli ���Active Galactic Nuclei��� (AGN), ovvero di nuclei galattici attivi, oscurati in banda X. Tale censimento potrebbe rappresentare infatti la soluzione alla problematica del cosiddetto fondo cosmico non risolto in banda X. Gli studi finora condotti sfruttano la forte correlazione fra l'attivit�� del SMBH e l'evoluzione della galassia ospite attraverso osservazioni in banda X hard, nel vicino-medio infrarosso e nell'ottico. Questa tesi si colloca in questo scenario con lo scopo di verificare e confermare l'affidabilit�� della selezione tramite la riga di emissione del CIV a 1549 �� di AGN oscurati fino a z���3. Per raggiungere tale obiettivo �� stato assunto che il CIV rappresenti un indicatore affidabile della luminosit�� intrinseca degli AGN e del loro alto potenziale di ionizzazione. Inoltre, allo studio in banda ottica delle sorgenti sono stati associati i dati profondi in banda X per analizzarne le propriet�� X e caratterizzarne l���ammontare dell���oscuramento in tale banda in termini di densit�� di colonna di idrogeno. In particolare, in questo lavoro vengono presentati i risultati dell���analisi in banda X del campione di 192 AGN selezionati nella survey ottica zCOSMOS-Deep, attraverso la riga di emissione del CIV a 1549 ��. Queste 192 sorgenti hanno un redshift medio di 2.2 e una magnitudine media AB in banda B di 23.7. La copertura in banda X del campo selezionato �� data dalla survey Chandra COSMOS-Legacy comprendente 4.6 Ms di osservazioni in un���area di 2.2 deg2. I risultati ottenuti in questo progetto di tesi tramite la selezione possono ritenersi soddisfacenti: met�� delle AGN di Tipo 2 selezionate con il CIV e rilevate in banda X risultano fortemente oscurate (NH>10^23 cm^(-2) ). Inoltre, le AGN di Tipo 2 non rilevate in banda X risultano consistenti con uno scenario di oggetti oscurati.

Sintesi di nanoparticelle composite con morfologia avanzata mediante condensazione in atmosfera inerte o reattiva

Uno dei concetti chiave dell'impiego della nanotecnologia �� quello dell'ingegnerizzazione dei materiali alla nano-scala. Si procede cos�� alla realizzazione di materiali aventi morfologia, struttura e composizione ottimizzate per migliorarne specifiche propriet�� in maniera controllata. In questo lavoro sono stati realizzati campioni nanoparticellari a base di magnesio con la tecnica (R-)IGC (Reactive or Inert Gas Condensation) allo scopo di studiare come l'atmosfera nella quale vengono sintetizzati ne influenzi le propriet�� morfologiche e strutturali, al fine di poterne controllare la crescita per impieghi specifici. In particolare, si sono voluti analizzare i risultati ottenuti in diverse situazioni: nel caso in cui la sintesi avvenga in un'atmosfera contenente una piccola concentrazione di ossigeno e nel caso della coevaporazione di magnesio e titanio in atmosfera inerte o contenente idrogeno. I campioni sono poi stati analizzati dal punto di vista morfologico, composizionale e strutturale mediante microscopia a scansione elettronica e diffrazione a raggi X. E' stato mostrato che la presenza controllata di ossigeno durante la sintesi permette di realizzare strutture core-shell di dimensione media 40nm e che la co-evaporazione di magnesio e titanio permette la sintesi di nanoparticelle di dimensioni medie anche inferiori ai 12nm. La presenza di idrogeno durante l'evaporazione permette inoltre di crescere nanoparticelle contenenti idruro di titanio senza dover ricorrere ad una idrurazione successiva. Le propriet�� termodinamiche e cinetiche di (de)-idrurazione dei campioni sintetizzati sono state misurate utilizzando sia un apparato barometrico Sievert, sia effettuando un'analisi direttamente nel sito di crescita. I campioni realizzati non mostrano una termodinamica significativamente diversa da quella del magnesio bulk, mentre le cinetiche dei processi di assorbimento e desorbimento risultano notevolmente pi�� rapide.

Investigation of spectral stability of X-ray tubes by simulations and experimental spectrum measurements

L'obiettivo di questo lavoro �� quello di analizzare la stabilit�� di uno spettro raggi X emesso da un tubo usurato per analisi cardiovascolari, in modo da verificare il suo comportamento. Successivamente questo tipo di analisi sar�� effettuata su tubi CT. Per raggiungere questo scopo �� stato assemblato un particolare set-up con un rivelatore al germanio criogenico in modo da avere la miglior risoluzione energetica possibile ed alcuni particolari collimatori cos�� da ridurre il flusso fotonico per evitare effetti di pile-up. Il set-up �� stato costruito in modo da avere il miglior allineamento possibile nel modo pi�� veloce possibile, e con l'obiettivo di rendere l'intero sistema portabile. Il tubo usato �� un SRM Philips tube per analisi cardiovascolari; questa scelta �� stata fatta in modo da ridurre al minimo i fattori esterni (ottica elettromagnetica, emettitori) e concentrare l'attenzione solo sugli effetti, causati dalle varie esposizioni, sull'anodo (roughness e bending) e sul comportamento di essi durante il surriscaldamento e successivo raffreddamento del tubo. I risultati mostrano come durante un'esposizione alcuni fattori di usura del tubo possono influire in maniera sostanziale sullo spettro ottenuto e quindi alterare il risultato. Successivamente, nell'elaborato, mediante il software Philips di ricostruzione e simulazione dello spettro si �� cercato di riprodurre, variando alcuni parametri, la differenza riscontrata sperimentalmente in modo da poter simulare l'instabilit�� e correggere i fattori che la causano. I risultati sono interessanti non solo per questo esperimento ma anche in ottica futura, per lo sviluppo di applicazioni come la spectral CT. Il passo successivo sar�� quello di spostare l'attenzione su un CT tube e verificare se l'instabilit�� riscontrata in questo lavoro �� persiste anche in una analisi pi�� complessa come quella CT.