Course Syllabus
Obiettivi
Nel periodo di emergenza Covid-19 le lezioni si svolgeranno in modalità mista: parziale presenza e lezioni videoregistrate asincrone/sincrone.
Fornire una panoramica su sistemi a base organica e ibrida per la produzione, conversione e stoccaggio dell’energia utilizzando fonti di energia rinnovabili.
O1 – Conoscenza e capacità di comprensione
Allo studente si richiede di mostrare una sufficiente conoscenza, una adeguata comprensione e padronanza della chimica e di quella organica nel:
1) comprendere quali siano i sistemi organici o legami nei quali è possibile stoccare energia
2) comprendere le tipologie di energia che è possibile immagazzinare
3) comprendere le strutture chimiche in grado di interagire con la radiazione elettromagnetica di origine solare e utili nella produzione di combustibili rispettosi dell'ambienti e/o rinnovabili
4) Comprendere le proprietà chimiche di sistemi organici utili al risparmio energetico e alternativi a quelli convenzionali inorganici (diodi emettitori di luce a base organica).
5) comprendere in quali sistemi organici è possibile stoccare idrogeno.
6) comprendere i principali processi fotofisici e fotochimici coinvolti nell’assorbimento di radiazione elettromagnetica (luce UV-Vis) e utili nello stoccaggio di energia e nella produzione di combustibili rinnovabili
O2 – Capacità di applicare conoscenza e capacità di comprensione (applying knowledge and understanding)
Allo studente, durante la modalità di verifica dell’apprendimento, si richiede di dimostrare una adeguata capacità nell’applicare la conoscenza e la comprensione dei concetti acquisiti nel:
1) individuare sistemi organici o legami nei quali è possibile stoccare energia
2) individuare le tipologie di energia che puo' essere immagazzinata
3) Individuare sistemi in grado di utilizzare la radiazione elettromagnetica di origine solare per la produzione di combustibili rispettosi dell'ambienti e/o rinnovabili
4) Individuare sistemi organici alternativi a quelli convenzionali inorganici utili nel risparmio di energia (diodi emettitori di luce a base organica).
5) Individuare sistemi a base organica per lo stoccaggio di idrogeno.
6) applicare principali processi fotofisici e fotochimici coinvolti nell’assorbimento di radiazione elettromagnetica (luce UV-Vis) allo stoccaggio di energia e alla produzione di combustibili rinnovabili
O3 – Autonomia di giudizio
Saper condurre una ragionata analisi dei sistemi organici potenzialmente utili nelle problematiche energetiche e ambientali.
O4 – Abilità comunicative
Saper illustrare e identificare i sistemi organici di interesse per l'energetica sostenibile, illustrare con proprietà di linguaggio i sistemi più significativi illustarndone anche i protocolli utili alla loro preparazione.
O5 –Abilità Capacità di apprendere
Essere in grado di applicare le conoscenze acquisite nel campo dell'energetica sostenibile.
Contenuti sintetici
Il Corso si propone di fornire una panoramica delle molecole e polimeri per la produzione, conversione e stoccaggio dell’energia con relativo basso impatto ambientale partendo da fonti di energia rinnovabili. Il corso descrive: a) sistemi a base organica e organometallica con la capacità di immagazzinare energia in legami H-H, CH, C-C o in strutture organiche altamente tensionate; b) sistemi a base organica e organometallica per applicazione fotovoltaiche; c) sistemi a base organica e organometallica per la produzione di combustibili solari mediante processi di fotoscissione dell'acqua; d) panoramica su celle a combustibile e sistemi elettroluminescenti.
Programma esteso
Panoramica sui sistemi di produzione, conversione e stoccaggio di energia. Concetto di energia chimica e sua applicazione nella progettazione di sistemi organici per l’immagazzinamento dell’energia. Immagazzinamento di energia in sistemi organici altamente tensionati (cubani). Sistemi per applicazioni fotovoltaiche (dye-sensitized solar cells, fotovoltaico organico-polimerico, celle a perovskiti, celle tandem). Sistemi per la produzione di idrogeno per foto-dissociazione dell’acqua e riduzione fotocatalitica, sistemi per la produzione di idrocarburi (metano) da anidride carbonica. Sistemi organici e organometallici nella realizzazione di sistemi di fotosintesi artificiale di combustibili impiegando l’energia solare (solar fuels). Potenziale applicazione di sistemi polimerici contenenti unità facilmente idrogenabili come potenziale soluzione allo stoccaggio di idrogeno per l’alimentazione di motori a celle di combustibile. Panoramica delle principali celle a combustibile e dei sistemi elettroluminescenti per l'illuminazione ambientale e stradale.
Prerequisiti
Per seguire in maniera ottimale gli argomenti trattati sono richieste consolidate conoscenze di chimica organica di base e qualche nozione relativamente all'interazione della radiazione elettromagnetica con le molecole (stati eccitati e meccanismi di rilassamento, assorbimento e emissione).
Modalità didattica
lezioni in aula
Materiale didattico
Appunti, articoli o/e dispensa fornita dai docenti
Periodo di erogazione dell'insegnamento
I anno, II semestre.
Modalità di verifica del profitto e valutazione
La verifica dell'acquisizione degli argomenti e dei concetti trattati durante il corso sarà condotta mediante un esame orale nel quale agli studenti saranno poste domande inerenti tutti gli aspetti trattati. Al termine della verifica sarà proposto allo studente una valutazione in trentesimi. L'esame è superato con un voto di 18/30. Dall'A, A. 2016/2017, gli esami sono stati superati con un voto medio di 27,9; voto minimo di 24 e massimo di 30 e lode.
Su richiesta dello studente, l’esame potrà essere sostenuto in lingua inglese
Nel periodo di emergenza Covid-19 gli esami orali saranno solo telematici. Verranno svolti utilizzando la piattaforma WebEx e nella pagina e-learning dell'insegnamento verrà riportato un link pubblico per l'accesso all'esame di possibili spettatori virtuali
Orario di ricevimento
Il prof. Papagni riceve il venerdì dalle 14,30 alle 16,30, previo appuntamento.
Il prof. Abbotto riceve tutti i giorni previo appuntamento
Aims
During Covid-19 emergency, the lessons will be provide in mixed modality: partial presence of students and synchronous or asynchronous video recording
To provides an
overview on organic and hybrid systems potentially exploitable in the
production, conversion andstorage of energy using renewable energy sources.
O1 – knowledge and understanding
To the student is requested to show an adequate comprehension and skills of organic chemistry:
1) To recognize and to understand which are the organic systems or bonds where it is possible to store energy.
2) To recognize which type of energy is possible to store.
3) To recognize and to understand which organic chemical structure are able to interact with electromagnetic radiation (sun light) and useful in the production of renewable and environmental friendly fuels
4) To understand the chemical properties of organic systems useful for energy saving and competitive with convention inorganic ones (organic light emitting diodes)
5) To understand which organic systems are potentially exploitable in hydrogen storage
6) To understand the principal photophysical and photochemical processes involved in the absorption of electromagnetic radiation (UV/Vis light) and useful in the energy storage and in the production of renewable fuels.
O2 – Applying knowledge and understanding
The student, during the assessment method has to demonstrate an adequate capability of applying the knowledge and understanding of the provided concepts:
1) To individuate organic systems or bonds where it is possible to store energy.
2) To individuate which type of energy is possible to store.
3) To individuate organic chemical structures are able to interact with electromagnetic radiation (sun light) and useful in the production of renewable and environmental friendly fuels
4) To individuate the chemical properties of organic systems useful for energy saving and competitive with convention inorganic ones (organic light emitting diodes).
5) To individuate which organic systems are potentially exploitable in hydrogen storage
6) To individuate the principal photophysical and photochemical processes involved in the absorption of electromagnetic radiation (UV/Vis light) useful to energy storage and to production of renewable fuels.
O3 – Making judgements
To be able to conduct a reasonable analysis on organic systems with potential utility in energy saving and environmental issues.
O4 –Communication skills
To be able to show and identify organic systems of interest for energy and environmental sustainability also illustrating the protocols for their preparation with an appropriated language.
O5 –Learning skills
To be able to apply the acquired knowledge to energy and environmental sustainability issues.
Contents
Overview on the strategies for the preparation of organic materials with specific optical and electronic properties exploitable in the field of photonics, organic semiconductors and on the synthesis of principal polymers with application as organic conductors or electroluminescent devices. An overview provides on organic photochemistry.
Detailed program
Overview on systems used for energy production, conversion and storage. Concept of chemical energy and its application in planning organic systems for energy storage. Energy stored in highly strained organic molecules (for example cubanes). Systems for photovoltaic applications (dye-sensitized solar cells, organic photovoltaics, perovskite solar cells, tendem cells). Systems for hydrogen production via water photosplitting and photocatalytic reduction of water, systems for the production of hydrocarbons (methane) from carbodioxide and solar energy. Organic and/or organometallic systems mimic the photosynthesis in the production of fuels (solar fuels). Polymeric systems containing moieties able to be easily hydrogenated as potential solution to hydrogen storage in fuel-cell engines. Molecules and polymers for the conversion of solar energy to electricity (last generation photovoltaics). Overview on principal fuel cells and on indoor and outdoor lighting.
Prerequisites
For an optimum understanding of the topic treated, a consolidated organic chemistry background is required together with basic knowledge on the interaction of electromagnetic radiation with the matter or molecules (excited states, relaxation mechanisms, absorption and emission properties)
Teaching form
Lectures in classroom
Textbook and teaching resource
Notes, slides and articles provided by the lecturers
Semester
I year and II semester
Assessment method
Oral examination is the assessment method employed to check the level of understanding of the concepts taught during the course. Questions will ask to the student regarding the entire topic treated during the course. A mark will be proposed to the student expressed in thirtieths. The exam is passed with a minimum mark of 18/30. From 2016/2017 academic year, the positive final examinations show an average mark of 27.9/30; minimum mark 24/30 and a maximum mark 30 with honors. On request, the assessment can be hold in English.
During Covid-19 emergency, the oral examination are hold remotely using webex platform. The link for exam participation is in the course e-learning page. The invitation is opened to possible virtual attendees.
Office hours
Prof. Papagni receives students Friday from 14.30 to 16.30. Prof. Abbotto receives students every day. Students must fix an appointment in advance
Key information
Staff
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Alessandro Abbotto
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Antonio Papagni