Joint Laboratory for Advanced Nanostructured Materials for Energy, Catalysis and Biomedical Applications
Joint venture between Italy and Canada-Quebec (decreto n-1744 del 28-05-2008). Scientific Coordinator: Prof. Silvia Licoccia.
Project foreign Coordinator: Prof. Federico Rosei
DESCRIZIONE DELL’INIZIATIVA
L’accesso a fonti di energia rinnovabili e sostenibili, la conservazione e protezione dell’ambiente e la possibilità di garantire una qualità di vita adeguata ad una popolazione con prospettive di vita media sempre più lunga sono le grandi sfide dell’umanità nel XXI secolo.
Questo progetto si propone di affrontare lo studio dello sviluppo e della stabilità di materiali nanostrutturati che possano trovare applicazione nel campo della sanità (ingegneria tissutale), dell’energia e dell’ambiente (celle a combustibile e catalisi) mediante l’istituzione di un laboratorio congiunto su “Advanced Nanostructured Materials for Energy, Catalysis, and Biomedical Applications (ANaMECaBA)” tra l’Università di Roma Tor Vergata e l’istituto INRS-EMT dell’ Université du Quebec, sita a Varennes, Quebec, Canada in collaborazione con il Prof. Federico Rosei.
E’ infatti oramai ampiamente riconosciuto che le proprietà dei materiali nanostrutturati sono sensibilmente diverse da quelle dei corrispondenti materiali massivi. La riduzione a livello nanometrico delle dimensioni di un materiale comporta una significativa alterazione delle sue proprietà chimiche, ottiche, elettroniche e meccaniche. Le attuali sofisticate tecniche di sintesi, processo e caratterizzazione di materiali nanostrutturati permettono di sviluppare nuove funzionalità e di sfruttarne le peculiari proprietà in numerose applicazioni, quali ad esempio celle a combustibile per produrre energia con basso impatto ambientale, catalizzatori innovativi, più economici ed efficienti, ed ingegneria tissutale per la medicina rigenerativa. Per tutte queste applicazioni è fondamentali ottenere materiali nanostrutturati di elevata stabilità chimica.
Si valuterà la reattività chimica e la stabilità dei materiali nanostrutturati per comprendere la loro interazione con l’ambiente mediante l’analisi delle superfici e delle interfacce. Si condurranno inoltre studi volti a comprendere le relazioni struttura/funzione e, dunque, le prestazioni dei materiali nelle varie applicazioni.
A tal scopo, è stato creato un gruppo dalle competenze fortemente interdisciplinari che prevede la partecipazione di chimici, fisici, biologi, ingegneri e medici. Grande attenzione sarà inoltre dedicata agli aspetti relativi alla formazione di studenti di dottorato e giovani ricercatori che verranno coinvolti nelle attività del laboratorio congiunto per sviluppare e diffondere le conoscenze nel settore delle nanotecnologie.
Tutti i gruppi coinvolti sono riconosciuti leaders a livello internazionale nelle loro rispettive aree di ricerca. E’ dunque prevedibile un effetto sinergico derivante dall’interazione tra i vari partners che porterà a significativi sviluppi nel settore delle nanotecnologie Poiché il progetto proposto è un Laboratorio Congiunto, è prevista la presenza di ricercatori italiani a Varennes per svolgere attività di ricerca comuni. Si prevede che due post-doc ed uno studente di Dottorato italiani svolgeranno la maggior parte della loro attività presso il laboratorio congiunto in Quebec. Tentativamente ognuno di tali ricercatori sarà coinvolto principalmente in una delle diverse linee di ricerca individuate: celle a combustibile, catalisi, applicazioni biomediche. Nell’ambito della tematica energia/ambiente, uno dei problemi che saranno studiati sarà lo sviluppo di catalizzatori a basso costo che possano sostituire il platino nelle celle a combustibile a elettrolita polimerico (PEMFCs). La necessità di utilizzare catalizzatori a base di platino, elemento prezioso e la cui disponibilità è limitata, è infatti uno dei maggiori ostacoli alla diffusione delle PEMFCs. Nell’ambito della tematica Salute, si studierà la possibilità di realizzare costrutti di tessuto ingegnerizzato (tissue-engineered constructs, TECs) abili a promuovere la riparazione e la rigenerazione dei tessuti mediante lo sviluppo e l’integrazione di un set di metodologie di sintesi e di tecnologie innovative per la prototipazione rapida di matrici di supporto (scaffold) 3D realizzate con biomateriali ibridi nanostrutturati da applicare nella medicina rigenerativa.
L’Istituto INRS-EMT dell’ Univ. du Quebec allestirà uno spazio dedicato al Laboratorio Congiunto. Il partner canadese fornirà non solo lo spazio, ma anche accesso a tutte le strumentazioni in dotazione, materiale di consumo e supporto logistico per gli studiosi italiani. Qualora il finanziamento sia approvato, si indirà al più presto un bando per due borse di studio post-doc i cui vincitori svolgeranno la loro attività a Varennes.
CURRICULUM VITAE DEL RESPONSABILE SCIENTIFICO Prof. SILVIA LICOCCIA
Professore Ordinario di Fondamenti Chimici delle Tecnologie, Dipartimento di Scienze e Tecnologie Chimiche & NAST: Centro Interdipartimentale per Le Nanoscienze, Nanotecnologie e Strumentazione Avanzata
Università degli Studi di Roma Tor Vergata, Via della Ricerca Scientifica 1, 00133 Roma
Tel: 06-7259-4386: Fax: 06-7259-4328; e-mail: licoccia@uniroma2.it
S. Licoccia ha ottenuto la Laurea Summa cum Laude in Chimica presso l’Università di Roma nel 1978. Ha frequentato le seguenti Scuole post-laurea: Chimica Teorica (1979, Pisa, CNR Fellow), Coordination Chemistry of Metalloenzymes (1982, San Miniato, NATO Fellow), Spettrocopia NMR (1986, Roma).
Ha successivamente ricoperto le seguenti posizioni accademiche: 1979-1981: Postdoctoral fellow, York University, Toronto, Ont., Canada; 1981-1983: Professore a contratto, Università della Calabria; 1983-1984: Borsista AIRI (Associazione Italiana per la Ricerca Industriale) Università di Roma La Sapienza; 1984-1992: Ricercatore (SSD: Chimica), Facolta’ di Ingegneria, Università di Roma Tor Vergata; 1987: Visiting Professor, University of California, Davis, CNR Fellow; 1992: Professore Associato di Chimica Generale ed Inorganica, Facoltà di Farmacia, Università di Siena; 1993-2001: Professore Associato di Chimica, Facoltà di Ingegneria, Università di Roma Tor Vergata; dal 2001: Professore Ordinario di Fondamenti Chimici delle Tecnologie, Facoltà di Ingegneria, Università di Roma Tor Vergata
Dal 1995 al 2001 ha fatto parte del Senato Accademico dell’Universita’ di Roma Tor Vergata.
Dal 2001 è Membro del Collegio dei Docenti del Corso di Dottorato di Ricerca Internazionale in Materiali per l’Ambiente e l’Energia. Il corso prevede corsi di dottorato congiunto con la University of Florida e la Ehime University, Matsuyama, Giappone, ed è stato istituito grazie a finanziamenti MiUR nell’ambito di progetti di internazionalizzazione (University of Florida ed Ehime University).
Dal 2002 è Vice Presidente dell’AICIng (Associazione Italiana di Chimica per l’Ingegneria)
Membro del Comitato esecutivo della sezione Europea dell’Electrochemical Society, della Materials Research Society, dell’International Sol-Gel Society e della Royal Society of Chemistry.
L’attività scientifica, documentata da 2 brevetti, 2 libri, e più di 230 lavori, di cui 145 pubblicazioni su riviste internazionali, è attualmente principalmente rivolta allo sviluppo di procedure sintetiche ed alla caratterizzazione di nuovi materiali per applicazioni nei settori dell’ambiente, dell’energia e della medicina. Tra le tematiche studiate al momento ci sono materiali nanostrutturati per celle a combustibile polimeriche e a ossidi solidi e per sensori chimici di gas per il monitoraggio ambientale, materiali compositi per l’ingegneria tissutale ricostruttiva, per lo sviluppo di elettrodi per la registrazione di segnali elettrofisiologici in condizioni estreme (emergenze, pazienti non collaboranti, condizioni di microgravità) e per il rilascio, per via topica, di sostanze farmacologicamente attive, composti modello di sistemi biologici.
E’ stata invitata a tenere conferenze su invito a diversi congressi internazionali e a tenere seminari sia in Italia che all’estero. Ha ricevuto diversi contributi dall’Università di Roma Tor Vergata per Professori Visitatori.
Svolge attività di Peer Review per numerose riviste scientifiche internazionali tra cui: J. of the American Chemical Society, Chemistry of Materials, J. of Electroceramics, J. of Electrochemical Society, J. of Sol-Gel Science and Technology, Solid State Ionics, J. of the European Ceramic Society, Advanced Functional Materials, J. of Power Sources, European Polymer Journal. Ha coorganizzato diverse Conferenze e Simposi nell’ambito dei Congressi della Materials Research Society, Electrochemical Society e European Ceramic Society.
E’ Responsabile di Unità Operativa del progetto FISR NUME: Sviluppo di membrane protoniche composite e configurazioni elettroniche innovative per celle a combustibile a elettrolita polimerico (€ 620,000), Coordinatore Nazionale del Progetto di Rilevante Interesse Nazionale: Materiali ibridi organici/inorganici da assemblaggio di unita’ molecolari nanostrutturate per applicazioni multifotoniche (€ 367,000) e Responsabile di Unità Operativa del Progetto di Azione Coordinata dell’Unione Europea CARISMA: Coordination Action for Research on Intermediate and high temperature Specialised Membrane electrode Assemblies (€ 20,000).
Pubblicazioni significative più recenti:
1. S.Licoccia, M.L.Di Vona, A.D’Epifanio, D.Marani, M.Vittadello, J.R.P.Jayakody, S.G.Greenbaum Ormosil/Sulfonated Polyetheretherketone-based hybrid composite proton conducting membranes. J. Electrochem. Soc. 2006, 153, A1226-A1231
2. S.Licoccia, M.L.Di Vona, P.Romagnoli, L.Narici, M.Acquaviva, S.Carozzo, S.Di Marco, M.Saturno, W.G.Sannita, E.Traversa Nanocomposite polymeric electrolytes to investigate human electrophysiological brain signals in prolonged, unconventional or extreme conditions. Acta Biomaterialia 2006, 2, 531-536
3. S.Licoccia, E.Traversa Increasing the operation temperature of Polymer Electrolyte Membranes for Fuel Cells: from nanocomposites to hybrids. J. Power Sources 2006, 159, 12-20
4. A.D’Epifanio, B.Mecheri, E.Fabbri, A.Rainer, E.Traversa, S.Licoccia Composite Ormosil/Nafion Membranes As Electrolytes For Direct Methanol Fuel Cells. J. Electrochem. Soc. 2007, 154, B1148-1151
5. M.Trombetta, A.Rainer, S.Giannitelli, F.Abbruzzese, E.Traversa, S.Licoccia Fabrication of bioactive glass-ceramic foams mimicking human bone portions for regenerative medicine. Acta Biomaterialia, 2007, in press
DESCRIZIONE DELLA STRUTTURA PROPONENTE
L’iniziativa è proposta dal gruppo Chimica ed Ingegneria dei Materiali, Dipartimento di Scienze e Tecnologie Chimiche, Università di Roma Tor Vergata.
Il gruppo è costituito da una trentina di unità di personale, di cui 8 di personale dipendente, comprendenti 2 professori di I fascia (Silvia Licoccia ed Enrico Traversa), 3 ricercatori (Alessandra D’Epifanio, Elisabetta Di Bartolomeo e Riccardo Polini), ed 1 tecnico (Cadia D’Ottavi); in questo momento sono presenti 4 post-doc (Laure Chevallier, Vincenzo Esposito, Barbara Mecheri, Antonio Rinaldi), 20 studenti di dottorato (Chiara Abate, Zakarya Ahmed, Serafina Bellitto, Francesco Bozza, Marco Fronzi, Daniele Mirabile Gattia, Francesco Basoli, Catia de Bonis, Emiliana Fabbri, Chen Fang, Corrado Mandoli, Andrea Orsini, Francesca Pagliari, Stefania Pagliari, Michele Russo, Simone Sanna, Alma Santibanez Mendieta, Alessia Santucci, Sherif Soliman, Milan Zunic), e alcuni studenti di Laurea e di Laurea Specialistica.
Le competenze del gruppo sono fortemente interdisciplinari e coprono dalla sintesi dei materiali per vie innovative alla loro applicazione. Infatti i docenti sono di 3 raggruppamenti disciplinari diversi, Fondamenti Chimici delle Tecnologie, Chimica Generale ed Inorganica e Scienza e Tecnologia dei Materiali. Il gruppo dispone di tutte le apparecchiature necessarie allo svolgimento delle ricerche proposte.
Negli ultimi 5 anni il gruppo ha potuto contare in media su finanziamenti annuali di circa 300.000 euro. Tra gli altri finanziamenti, il gruppo proponente ha ora a disposizione un finanziamento biennale del MUR (PRIN) di 367.000 euro (fino al 2008), su materiali nanostrutturati per applicazioni ottiche, e di due finanziamenti triennali FISR (PNR) di circa 200.000 e 620.000 euro rispettivamente (fino al 2008), su tematiche concernenti celle a combustibile ad ossidi solidi per operazione a temperature intermedie e celle a combustibile polimeriche per temperature intermedie; quindi tutti i progetti sono in relazione al programma proposto.
Il gruppo è molto attivo in collaborazioni internazionali, ed in particolare con il Giappone e gli Stati Uniti. Il proponente è membro del Collegio dei Docenti di un corso internazionale di Dottorato di ricerca in Materiali per l’Ambiente e l’Energia, che prevede curriculum congiunti con la University of Florida, la Ehime University e la Université de Provence – Marseille.
Collabora o ha collaborato con i seguenti gruppi, tra gli altri:
* Institute for Industrial Science, University of Tokyo, Japan (Prof. M. Miyayama)
* Dept. of Mater. Sci. Engineering, Ehime Univ., Japan (Prof. Y. Sadaoka)
* Dept. of Mater. Sci. Engineering, Nagasaki Univ., Japan (Prof. Y. Shimizu)
* Dept. Física de la Materia Condensada, Univ. of Cádiz, Spain (Prof. Luis M. Esquivias)
* Lab. MADIREL, UMR 6121, Université de Provence, Marseille, France (Prof. P. Knauth)
* Dept. of Chemistry, University of Arizona, USA (Prof. F.A.Walker)
* Dept. of Physics, University of Uppsala (Prof. S. Svensson)
* Dept. of Psychiatry, State University of New York, Usa (Pro. W.G. Sannita)
* Dept. of Physics and Astronomy, City Univ. of New York, USA (Prof. S.G.Greenbaum)
* Dept. of Chemistry, University of Luisiana, USA (Prof. M.G.Vicente)
* Inst. of Physics, University of Lubeck, Germany (Prof. A.X.Trautwein)
* National High Magn. Field Lab., Florida State University, USA (Prof. J. Krzystek)