95686 - NANOTECNOLOGIA MOLECOLARE E SUPRAMOLECOLARE

Conoscenze e abilità da conseguire

Il corso intende fornire i concetti di base e illustrare i principali approcci metodologici per la costruzione dal basso di nanostrutture funzionali, ovvero partendo dalle molecole e utilizzando i paradigmi della chimica supramolecolare. Verranno presi in considerazione esempi di complessi host-guest, polimeri supramolecolari, dendrimeri, nanoparticelle, monostrati e film sottili su superfici, solidi nanostrutturati, dispositivi e macchine molecolari. Saranno inoltre descritte le tecniche sperimentali comunemente impiegate nel campo della chimica supramolecolare e della nanoscienza molecolare.

Contenuti

Prerequisiti

 Conoscenza dei concetti fondamentali della spettroscopia, fotochimica ed elettrochimica.

Programma

Il corso affronta i seguenti argomenti, per ognuno dei quali vengono illustrati i principi generali ed alcuni esempi significativi.

1. Introduzione

1.1. Approccio top-down alla miniaturizzazione: tecniche fotolitografiche
1.2. Approccio bottom up: auto-assemblaggio molecolare
1.3. Fondamenti di chimica supramolecolare
1.4. Dispositivi molecolari
1.5. Cos’è la nanotecnologia?

2. Nanostrutture auto-assemblate

2.1. Principali host macrociclici e corrispondenti complessi host-guest
2.2. Capsule, gabbie, polimeri, vescicole e altre strutture auto-assemblate
2.3. Monostrati molecolari auto-assemblati su superfici

3. Specie molecolari a molti componenti

3.1. Nanosistemi a topologia complessa: rotassani, catenani, nodi e specie collegate
3.2. Dendrimeri: sintesi, proprietà e applicazioni
3.3. Sistemi covalenti dinamici

4. Funzionalizzazione chimica di superfici

4.1. Film di Langmuir-Blodgett
4.2. Monostrati auto-assemblati funzionali
4.3. Cenni su caratterizzazione e imaging di superfici

5. Nanomateriali

5.1. Effetti di dimensione e confinamento quantistico
5.2. Nanoparticelle metalliche
5.3. Nanoparticelle di materiali semiconduttori (quantum dot)
5.4. Nanomateriali a base carbonio: fullereni, nanotubi, grafene
5.5. Materiali nanoporosi: zeoliti, metal-organic framework, covalent organic framework

6. Macchine meccaniche e motori molecolari

6.1. Concetti di base
6.2. Macchine molecolari biologiche: i motori proteici
6.3. Sistemi artificiali basati su specie a topologia complessa
6.4. Sistemi artificiali basati su DNA
6.5. Altri esempi
6.6. Applicazioni

Testi/Bibliografia

Il corso tratta argomenti avanzati di grande attualità scientifica e quindi in continua evoluzione. È fondamentale l’utilizzo del materiale fornito dal docente prima dell’inizio del corso: diapositive utilizzate a lezione, articoli scientifici da utilizzarsi sia per lo studio che per l’approfondimento di argomenti specifici. Tale materiale è reso disponibile attraverso il repository di Ateneo, https://virtuale.unibo.it/; l'accesso avviene utilizzando le credenziali dell'account @studio.unibo.it. Non esiste un libro di testo che ricopre tutto il programma; si consigliano i seguenti testi per lo studio e l’approfondimento di parti del corso:

• J.-M. Lehn, Supramolecular Chemistry – Concepts and Perspectives, VCH, Weinheim, 1995 (parti 1, 2, 4 del programma).
• V. Balzani, A. Credi, M. Venturi, Molecular Devices and Machines – Concepts and Perspectives for the Nanoworld, Wiley-VCH, Weinheim, 2008 (parti 1, 3, 6).
• D. S. Goodsell, The Machinery of Life, 2nd Ed., Copernicus, New York, 2009 (parti 1 e 6).
• C. N. R. Rao, A. Muller, A. K. Cheetham (Eds.), The Chemistry of Nanomaterials, Vol. 1 e 2, Wiley-VCH, Weinheim, 2004 (parti 1 e 5).

Metodi didattici

Lezioni in aula con l’ausilio di diapositive (in inglese, fornite in anticipo agli studenti), con il supporto di articoli di letteratura, simulazioni e animazioni.

Modalità di verifica e valutazione dell'apprendimento

La verifica dell’apprendimento, che ha lo scopo di accertare l’acquisizione delle conoscenze attese, avviene attraverso il solo esame finale, che consiste in una prova orale della durata di circa 15 minuti. La prova consiste nella presentazione di un argomento a scelta dello studente, fra quelli trattati nel corso, seguita da una breve discussione con il docente. La valutazione dell’esame orale si baserà sulla conoscenza dell'argomento scelto, la chiarezza espositiva e la proprietà di linguaggio. L’esame si intende superato conseguendo un punteggio di almeno 18/30.

Si raccomanda agli studenti con DSA o disabilità temporanee o permanenti di contattare in anticipo il servizio di Ateneo, che potrà suggerire agli interessati eventuali adattamenti per l'esame. Questi ultimi dovranno essere sottoposti, almeno 15 giorni prima della data dell'appello, all’approvazione del docente, che ne valuterà l'opportunità anche in relazione agli obiettivi formativi dell'insegnamento.

Strumenti a supporto della didattica

Le lezioni vengono svolte con l'ausilio di diapositive Powerpoint e della lavagna.

Orario di ricevimento

Consulta il sito web di Alberto Credi