Relatore

Progetti Disponibili

Sviluppo di catalizzatori omogenei per reazioni di polimerizzazione

Materia: Catalisi omogenea

Ente Esterno: Possibili collaborazioni con colleghi di Università di altri Paesi europei.

Posti Disponibili: 2

Il progetto di tesi riguarda lo sviluppo di catalizzatori omogenei per reazioni di polimerizzazione dell’etilene con monomeri vinilici polari, come gli esteri acrilici, l’acril ammide, monomeri a catena lunga (es. 10-metil undecenoato) (Figura 1), con lo scopo di introdurre il monomero polare nello scheletro del polietilene per migliorarne le proprietà di superficie e facilitarne il processo di depolimerizzazione a fine vita.


Figura 1. La reazione di copolimerizzazione studiata.
I catalizzatori studiati principalmente sono complessi di palladio con leganti polidentati azotati. Il progetto di tesi riguarda il controllo che il legante ancillare riesce ad avere sulle prestazioni del catalizzatore che vanno dalla sua attività e stabilità, alla capacità di incorporare e, in che modo, il monomero polare.
A seconda del progetto, il lavoro sperimentale che il/la laureando/a svolgerà, comprenderà alcuni degli step tipici di un progetto di catalisi omogenea e cioè la sintesi e caratterizzazione delle molecole organiche da utilizzare come leganti, la sintesi e caratterizzazione dei relativi complessi di palladio, lo studio del loro comportamento catalitico nella reazione di polimerizzazione, studi di tipo meccanicistico, e la caratterizzazione delle macromolecole sintetizzate (Figura).

A seconda del progetto, il/la laureando/a acquisirà conoscenze sperimentali di sintesi organica, di sintesi dei composti di coordinazione, di chimica organometallica. Diventerà famigliare con l’uso: della spettroscopia NMR, quale tecnica principe per la caratterizzazione delle molecole sintetizzate; di reattori a media/bassa pressione per le reazioni catalitiche (Figura).

Qualora vi sia interesse, si può prevedere che una parte del lavoro venga svolta nel gruppo di ricerca di un collega di un Ateneo estero.

Relatore

Progetti Disponibili

Simulazione di spettri di dicroismo circolare con raggi X di molecole

Materia: Chimica Fisica Teorica

Ente Esterno: Elettra

Posti Disponibili: 1

Il dicroismo circolare a raggi X (XCD) permette di studiare i siti chirali in molecole con alta risoluzione e specificità. In collaborazione ricercatori sperimentali ad Elettra, questo progetto ha l’obiettivo di calcolare gli spettri XCD di sistemi molecolari, come eliceni, usando un approccio teorico badato sulla propagazione dell’equazione di Schrödinger dipendente dal tempo in presenza di un un esplicito impulso.

Simulazione di spettri di eccitazione e Raman per la caratterizzazione di GUVs

Materia: Chimica Fisica Teorica

Posti Disponibili: 1

In questo progetto si vuole fornire supporto teorico ad un gruppo di ricerca del Dipartimento di Scienze della Vita, che studia la sintesi e la caratterizzazione di vescicole giganti unilamellari (GUVS), come prototipi di membrane cellulari. Si prevede la simulazione di spettri elettronici e Raman di fluorofori e dei componenti della membrana, per razionalizzare i risultati sperimentali.

Modeling multiscala di armoniche di ordine superiore in Argon in presenza di nanotips di oro

Materia: Chimica Fisica Teorica

Ente Esterno: Sorbona, Università di Nova Gorica, Elettra

Posti Disponibili: 1

L’obiettivo di questo progetto è il calcolo di spettri di generazione di armoniche di ordine superiore, un processo ottico nonlineare, in atomi di Argon, in presenza di nanotips di oro. Le strutture metalliche possono influire, attraverso processi plasmonici, al processo di generazione di armoniche. Usando una metodologia multiscale nel dominio dei tempi, in cui l’atomo di Argon è trattato a livello quantistico e le nanotips con un metodo classico, vogliamo investigare l’interazione tra nanostruttura metallica ed emittitore atomico in condizioni di campo forte.

Utilizzo di basi Gaussiane complesse per trattare il continuo atomico e molecolare

Materia: Chimica Fisica Teorica

Ente Esterno: Sorbona

Posti Disponibili: 1

Le simulazione di chimica quantisica sono solitamente condotte con basi Gaussiane reali. Per studiare fenomeni che coinvolgono stati del continuo, cioè oltre la soglia di ionizzazione, questo progetto prevede lo sviluppo e l’utilizzo di di basi Gaussiane complesse, che migliorano la trattazione degli stati con alte oscillazioni. Questo approccio teorico verrà applicato allo studio della fotoionizzazione e generazione di armoniche di ordine superiore in atomi e molecole.

Simulazione del profilo energetico della reazione di deidrogenazione di NH3BH3 su superficie di argento e palladio

Materia: Chimica Fisica Teorica

Posti Disponibili: 1

La produzione di idrogeno è un obiettivo centrale della chimica verde. Sperimentalmente, è possibile sfruttare (foto)catalicamente specie ricche di idrogeno, come NH3BH3. In questo progetto, che si inserisce in un’ampia linea di ricerca che studia effetti plasmonici nella fotocatalisi, si propone lo studio del profilo energetico della deidrogenazione NH3BH3 tramite metodi di chimica quantistica basati su DFT e NEB.

Spettroscopia bidimensionale elettronica: un approccio computazionale

Materia: Chimica Fisica Teorica

Ente Esterno: Università di Padova, Università di Bologna

Posti Disponibili: 2

La spettroscopia bidimensionale elettronica pemette di studiare assorbimento da stato eccitato, emissione stimolata e l’evoluzione temporale della coerenza quantisica in sistemi molecolari e compositi. In questo progetto verrà usato un metodo basato sulla propagazione dell’equazione di Schrödinger dipendente dal tempo per studiare effetti vibronici e plasmonici in molecole di interesse biologico interagenti con clusters metallici.

Applicazioni della teoria dei sistemi quantistici aperti con il calcolo stocastico

Materia: Chimica Fisica Teorica

Ente Esterno: Lorraine University

Posti Disponibili: 1

Gli effetti di un ambiente su un dato sistema possono essere simulati a livello quantistico attraverso l’equazione Schrödinger stocastica (SSE). L’obiettivo di questo progetto è l’implementazione del metodo di Eulero-Maruyama per la propagazione della SSE, ceh permette una trattazione continua del termine di fluttuazione casuale dell’equazione stessa. Il metodo verrà applicato allo studio della decoerenza elettronica di molecole.

Relatore

Progetti Disponibili

Preparazione, Caratterizzazione e utilizzo di sistemi tridimensionali di metallo-porfirine

Materia: Chimica Supramolecolare

Posti Disponibili: 1

Il progetto di Tesi riguarda una parte iniziale di sintesi, purificazione e caratterizzazione di unità di base quali composti di coordinazione e (metallo)-porfirine con siti basici periferici e successivo loro utilizzo per l’assemblaggio, tramite legami di coordinazione, di metallacicli di porfirine discreti tridimensionali. Queste supramolecole verranno quindi utilizzate per il riconoscimento molecolare di specie complementari all’interno delle proprie cavità attraverso interazioni di tipo non-covalente. Si acquisiranno competenze di sintesi sia di tipo inorganico che in parte di tipo organico; si utilizzeranno tecniche di analisi principalmente NMR multinucleare, massa ESI-MS, Uv-vis e fluorescenza. Un esempio di un metallaciclo cationico di porfirine 2+2 con configurazione delle porfirine a pac-man e mostrato in figura.

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Progetti Disponibili

Protocellule fotosintetiche per la produzione di urea o idrogeno

Materia: Chimica Organica

Posti Disponibili: 1

La produzione di idrogeno tramite water splitting e la fissazione fotocatalitica di CO₂ e N₂ rappresentano strategie promettenti per la conversione di energia solare in energia chimica. Tuttavia, i fotocatalizzatori tradizionali soffrono di scarsa efficienza nell'assorbimento della luce, rapida ricombinazione delle cariche e necessità di metalli nobili. Il progetto di tesi proposto dal nostro gruppo mira alla costruzione di protocellule fotosintetiche capaci di superare questi limiti per la produzione sostenibile di urea e idrogeno attraverso la fissazione fotocatalitica di CO₂ e N₂ e il water splitting.
Le unità catalitiche del sistema saranno Covalent Organic Framework (COF), materiali porosi cristallini sintetizzati a partire da building block molecolari organici appositamente progettati. Lo studente sintetizzerà i precursori molecolari e assemblerà i COF fotocatalitici, che verranno poi incorporati in modelli avanzati di protocellule come colloidosomi [1], coacervati [2] e vescicole di poliossometallati [3]. Questo approccio consente di creare sistemi compartimentalizzati biomimetici in grado di eseguire reazioni fotocatalitiche in modo controllato, imitando l'organizzazione funzionale dei cloroplasti naturali. Un elemento centrale del progetto è l'integrazione dei fotocatalizzatori COF all'interno di membrane protocellulari, permettendo la conversione di gas atmosferici (CO₂ e N₂) in molecole di elevato valore commerciale come l’urea, sostituendo processi industriali energivori come l’Haber-Bosch. Il progetto offre diverse direzioni da esplorare: dall’assemblaggio di protocelle in prototessuti all’integrazione di proto-organelli con lieviti, fino alla produzione fotocatalitica di idrogeno. Ciò permetterà allo studente di acquisire competenze interdisciplinari in sintesi organica, chimica dei COF, fotocatalisi, auto-assemblaggio e tecniche di caratterizzazione avanzate (microscopia ottica ed elettronica, spettroscopia).

Figura. a) Componenti e sintesi di un COF [4]. b) Tecnica di emulsione Pickering utilizzata per ottenere membrane protocellulari reticolate chimicamente in acqua. c) Immagine al microscopio di protocelle. d) Esempio di compartimentalizzazione di una popolazione duale di proto-organelli capace di operare una cascata enzimatica all'interno di singole gocce di emulsione acqua-in-olio.

Assemblaggio bio-ortogonale di protocellule polimeriche per la costruzione di tessuti artificiali

Materia: Chimica Organica

Posti Disponibili: 1

La possibilità di riprodurre principi di organizzazione e comunicazione tipici dei sistemi biologici usando molecole e razioni inanimate rappresenta una delle direzioni più attive della chimica organica, dei materiali e dei sistemi complessi. Il progetto di tesi proposto dal nostro gruppo si inserisce in questo contesto e mira alla costruzione di tessuti artificiali attraverso l’assemblaggio controllato di cellule sintetiche ^[1] (chiamate protocellule), sfruttando strumenti avanzati di chimica dei polimeri, chimica colloidale e chimica bio-ortogonale.
In questo progetto useremo microcapsule chiamate colloidosomi come modello di protocellula. Questi colloidosomi saranno ottenuti a partire da nanoparticelle polimeriche anfifiliche sintetizzate mediante polimerizzazione radicalica controllata a trasferimento di catena reversibile per addizione-frammentazione (RAFT) e autoassemblaggio indotto dalla polimerizzazione (RAFT-PISA; metodologie stabilite all’interno del gruppo; vedi figura) ^[2]. Questo approccio consente di combinare sintesi e auto-assemblaggio in un unico processo, garantendo un controllo fine su dimensioni, morfologia e funzionalità dei building-block colloidali. L’introduzione di polimeri funzionali e sensibili a stimoli particolari permetterà inoltre di ottenere protocellule dinamiche, in grado di modificare le proprie proprietà in risposta all’ambiente.
Un elemento centrale del progetto è l’impiego della chimica bio-ortogonale per l’assemblaggio programmato dei colloidosomi in architetture più estese e complesse. Reazioni selettive e compatibili con l’ambiente acquoso consentiranno di connettere protocellule differenti in architetture ben definite, portando alla formazione di tessuti artificiali (chiamati prototessuti), in cui l’organizzazione spaziale dei compartimenti gioca un ruolo funzionale ^[3]
Il progetto offre allo studente un’esperienza interdisciplinare, permettendo di acquisire competenze in sintesi organica, chimica dei polimeri, auto-assemblaggio, funzionalizzazione chimica e tecniche di caratterizzazione (NMR, FT-IR, dynamic light scattering, gel permeation chromatography, microscopia ottica ed elettronica). Il lavoro si colloca all’interfaccia tra la chimica organica e dei materiali, offrendo un’opportunità di tesi stimolante e formativa in un ambito di ricerca ad alto impatto tecnologico.

Microreattori Enzimatici Biomimetici a Base di Coacervati

Materia: Chimica Organica

Posti Disponibili: 1

I coacervati possono accelerare processi enzimatici co-sequestrando enzimi e substrati all'interno di una fase densa, aumentando così le concentrazioni effettive e riducendo le distanze di diffusione ^[1]. Il progetto di tesi proposto dal nostro gruppo si inserisce in questo contesto e mira alla costruzione di microreattori enzimatici capaci di convertire substrati chimici in informazione accessibile sfruttando l'accoppiamento tra reti di reazioni enzimatiche e componenti supramolecolari.
Le unità di base del sistema saranno microgocce di coacervato contenenti polielettroliti funzionali portanti macchine molecolari supramolecolari sensibili a stimoli. Lo studente sintetizzerà i polielettroliti funzionali e li assemblerà in coacervati, integrando reti di reazioni enzimatiche semplici. Questo approccio consente di generare switching chimicamente guidato, risposte oscillatorie e cambiamenti strutturali e ottici dipendenti dal tempo, studiando processi fuori equilibrio, meccanismi di feedback e trasduzione del segnale in protocellule sintetiche ^[2][3]. Un elemento centrale è l'utilizzo di variazioni di pH generate enzimaticamente per modulare dinamicamente le proprietà dei coacervati, generando risposte funzionali e adattative ^[4]. L'integrazione di reti enzimatiche e componenti supramolecolari permetterà di esplorare sistemi protocellulari autonomi e auto-regolati, aprendo prospettive verso materiali bioispirati intelligenti.
Il progetto offre allo studente un'esperienza fortemente interdisciplinare, permettendo di acquisire competenze in sintesi organica e polimerica, chimica supramolecolare, assemblaggio di soft materials, sistemi di reazione-diffusione complessi e tecniche di caratterizzazione avanzate (fluorescenza, microscopia). Il lavoro si colloca all'interfaccia tra chimica dei materiali, chimica organica e biologia sintetica, offrendo un'opportunità di tesi stimolante e formativa in un ambito di ricerca altamente attuale.

Relatore

Progetti Disponibili

Proteine fluorescenti marcate con acido clorogenico: applicazioni in microscopia

Materia: Chimica Organica

Ente Esterno: Centro di riferimento oncologico di Aviano – è previsto un periodo presso il CRO per svolgere la parte finale del lavoro se i fluorofori sintetizzati si dimostreranno utili nei test preliminari che verranno svolti presso il Dipartimento.

Posti Disponibili: 1

La marcatura di proteine con acido clorogenico genera fluorofori che emettono ad alte lunghezze d’onda, adatti ad applicazioni in microscopia. Il lavoro prevede la progettazione e sintesi di derivati dell’acido clorogenico ad emissione migliorata, la marcatura di proteine di interesse biologico e la valutazione delle proteine marcate in microscopia confocale.

Film polimerici attivi per il dosaggio dell’acido clorogenico in sensori ottici

Materia: Chimica Organica

Ente Esterno: Dipartimento di Ingegneria e architettura - UNITS

Posti Disponibili: 1

L’acido clorogenico è un importante composto fenolico bioattivo presente in alimenti vegetali. La sua reazione con ammine porta a derivati benzoacridinici fortemente colorati. Verranno progettati e sintetizzati materiali polimerici ricchi di gruppi amminici reattivi, da utilizzare in sensori ottici a lettura di colore RGB.

Relatore

Progetti Disponibili

Idrogeli a base polisaccaridica nella meccanobiologia

Materia: Biopolymer Chemistry

Posti Disponibili: 1

Il progetto prevede lo sviluppo di idrogeli a base polisaccaridica (chitosano e agarosio) caratterizzati da proprietà meccaniche variabili da utilizzare nello studio delle interazioni in 2D e 3D con linee cellulari e cellule primarie. Il progetto prevede la sintesi e la caratterizzazione chimico-fisica di chitosani a grado di acetilazione variabile, la caratterizzazione (reologia, nanoindentazione, biocompatibilità, traction force) di idrogeli e lo studio biochimico delle interazioni con linee cellulari e cellule primarie (proliferazione, differenziamento, immunoistochimica).

Relatore

Progetti Disponibili

Sintesi di sistemi etero-aromatici estesi multifunzionali

Materia: Sintesi organica e materiali organici

Posti Disponibili: 2

Questo progetto di tesi mira alla costruzione di una innovativa classe di derivati poliaromatici estesi in cui uno o più anelli benzenici sono sostituiti con eterocicli aromatizzabili in seguito ad ossidazione. L’inclusione di questi sistemi è associata a importanti modifiche delle proprietà ottiche e redox controllabili mediante cicli di aromatizzazione/de-aromatizzazione dei sistemi. Queste caratteristiche rendono i sistemi ottimi candidati per l’impiego come fotocatalizzatori, semiconduttori organici, sensori e materiali per separazione di gas.
10.1039/D4CC06499B
10.1039/D5TA02477C
10.1021/jacs.2c00493

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Progetti Disponibili

Magnetoplasmonics

Materia: Quantum Chemistry

Ente Esterno: SCM - Amsterdam

Posti Disponibili: 1

Description of plasmon resonances in magnetic (open shell) metal clusters with the spin-polarized version of the polTDDFT algorithm

Atomistic solvent

Materia: Quantum Chemistry

Ente Esterno: Scuola Normale Superiore - Pisa

Posti Disponibili: 1

Description of circular dichroism of protected chiral metal clusters including solvent effects via atomistic model.

Chiral nanowires

Materia: Quantum Chemistry

Ente Esterno: CNR-ICCOM - Pisa

Posti Disponibili: 1

Description of circular dichroism of chiral metal nanowires: the effect of the ligands.

Plasmons in UV regions

Materia: Quantum Chemistry

Ente Esterno: Marseille University and CNRS - Marseille

Posti Disponibili: 1

Theoretical study of plasmons in Al clusters in the UV region

Plasmons in complex nanoalloys

Materia: Quantum Chemistry

Ente Esterno: Università di Milano

Posti Disponibili: 1

Study of plasmon resonances in nanoalloys of different composition, shape and chemical ordering

Relatore

Progetti Disponibili

Cristalli molecolari polari e flessibili: crescita e caratterizzazione strutturale e funzionale

Materia: Strutturistica Chimica con Luce di Sincrotrone

Ente Esterno: Elettra

Posti Disponibili: 1

Il lavoro di tesi si concentrerà sulla crescita di cristalli molecolari meccanicamente flessibili caratterizzati da un’organizzazione polare delle molecule ed attraverso tecniche di cristallizzazione non convenzionali e metodi avanzati di caratterizzazione strutturale e funzionale, verranno correlate la struttura cristallina e le proprietà meccaniche, elettriche e ottiche dei materiali ottenuti, con l’obiettivo di valutarne il potenziale tecnologico per applicazioni elettroniche, fotoniche e legate all’energia.
Adv. Electron. Mater. 12, (2026): e00342 (DOI: 10.1002/aelm.202500342)^[1]

Studi strutturali di sistemi supramolecolari con proprietà chiroottiche

Materia: Strutturistica Chimica con Luce di Sincrotrone

Ente Esterno: Elettra

Posti Disponibili: 1

Il lavoro di tesi si concentrerà sull’indagine strutturale di sistemi supramolecolari, con particolare attenzione alle proprietà recettoriali e chiroottiche. Utilizzando tecniche avanzate di cristallografia e metodi di caratterizzazione in soluzione e allo stato solido, il lavoro intende comprendere come l’organizzazione molecolare e le interazioni non covalenti influenzino la formazione di strutture chirali e le proprietà ottiche risultanti. L’obiettivo finale è correlare la struttura cristallina e supramolecolare con le proprietà chiroottiche, fornendo indicazioni per lo sviluppo di materiali funzionali per applicazioni nel campo dei recettori enantiospecifici.
Commun Chem 2026, 9, 9. ^[1]
J. Am. Chem. Soc. 2025, 147, 24, 20843 ^[2]