OBIETTIVI

Il corso di 9 CFU, che comprende lezioni frontali e esercitazioni di laboratorio XPS, intende offrire una panoramica aggiornata di come si possa affrontare lo studio degli strati più superficiali di un materiale - analizzato tal quale e dopo reazione con varie specie -  con le tecniche sperimentali più adeguate, in primis l’insieme di spettroscopie di fotoemissione. In questo corso viene mostrata la natura e reattività di superfici di metalli e semiconduttori verso processi chimici, anche scegliendo esempi che corrispondono agli interessi di studenti iscritti al quinto anno e perciò spesso già in tesi magistrale. La preparazione e caratterizzazione, fatte in laboratorio, di superfici pulite e l’esito della loro reazione con specie molecolari intende sviluppare sensibilità e conoscenze degli studenti verso i processi di superficie, anche in scala nanoscopica. Nel corso viene anche affrontato lo studio di specie in fase gassosa, analizzate con l'aiuto di calcoli quantomeccanici. Tra gli esempi trattati:  cluster mono e bimetallici, grafene e fullereni, perovskiti, liquidi ionici, problemi di corrosione, etc.

PROGRAMMA

•Generalità sulle spettroscopie di assorbimento, emissione e fotoemissione.

•Breve introduzione alla struttura elettronica e geometrica della superficie di un solido regolare. Reazioni di fisisorbimento e chemisorbimento. 

•Condizioni sperimentali per misure da superfici: preparazione di una superficie ordinata in ultra alto vuoto, esposizioni controllate a gas, deposizioni controllate di specie molecolari e metalli in vuoto.

•Elementi di spettroscopie di fotoemissione tradizionale (XPS, UPS, Auger) e con radiazione di sincrotrone. Principi fisici, osservabili fisiche, aspetti teorici, apparati sperimentali. Analisi (semi)quantitativa XPS.  

•Applicazione delle spettroscopie di fotoemissione a sistemi molecolari isolati: fotoemissione in fase gassosa, generalità. Applicazioni allo studio di H2, N2, O2, CO, NO, F2, Cl2, Br2, I2, ICl, IBr, HF, HCl, HBr, HI. Molecole poliatomiche (cenni).

•Studio dell’interazione superficie-molecola (fisisorbimento, chemisorbimento) e di reazioni superficiali controllate. Esempi di letteratura: CO su superfici metalliche; metanolo ed etanolo su Si(100) e Si(111); ferroceni sostituiti su Si(100); corrosione da leghe Fe-Zn; adsorbimento di ftalocianine su oro; vanadati per applicazioni elettrochimiche.

•Generalità sulla radiazione di sincrotrone e sue applicazioni chimiche.

•SpettroMICROscopia di fotoemissione con sincrotrone ed esempi di studi.

ESERCITAZIONI di LABORATORIO

XPS da solidi: superfici pulite e reagite

•Caratterizzazione XPS di superfici di Si(100) idrogenate per via umida. Formazione di un monostrato di molecole (vinilferrocene) e misura delle superfici reagite con XPS (sorgente monocromatizzata Al Kα).

•Preparazione di superfici di Cu policristallino. Formazione di monostrati adesi per reazione con molecole solforate (acetammidetiofenolo) e misura XPS (Mgkα).

•Analisi dati: ricostruzione teorica del segnale XPS e suoi principi. Utilizzo di programmi di analisi dati su PC per l’ottenimento di energie di legame e rapporti quantitativi XPS.

TESTI:

Tutto il materiale è depositato su e-learning

MODALITA' DI SVOLGIMENTO

Il corso comprende lezioni frontali e esercitazioni di laboratorio XPS, per un totale di 9 CFU. Nel corso viene anche fatto dal docente un seminario su come si legge un articolo scientifico. Infatti, oltre alla parte generale relativa alle spettroscopie XPS ed UPS vengono presentati articoli originali di ricerca presi dalla letteratura, con una scelta che comprende anche argomenti sollecitati dagli studenti in base alle loro tesi magistrali in preparazione. Le esercitazioni di laboratorio prevedono la preparazione e caratterizzazione di superfici pulite e l’esito della loro reazione con specie molecolari, per sviluppare sensibilità e conoscenze degli studenti verso i processi di superficie, anche in scala nanoscopica.

MODALITA' D'ESAME

L'esame consiste di una prova orale nella quale vengono posti allo studente domande che vertono su 3 argomenti generali:

XPS, UPS ed esercitazioni di laboratorio.

E' facoltà degli studenti portare all'esame un articolo originale di letteratura tra quelli proposti a lezione, in sostituzione di una delle 3 parti in cui verte l'esame.

TESTI ADOTTATI

Lucidi del corso, capitoli di testi specialistici introduttivi (“Basic Principles of  Photoelectron Spectroscopy”, A.F. Orchard; “Electron Spectroscopy for Chemical Analysis”, B.D: Ratner e D.G. Castner) ed articoli di ricerca, che verranno forniti agli studenti. Dispense di esercitazioni del dr. A.G. Marrani.