Laboratorio di Spettroscopia di Risonanza Magnetica (MaRS-Lab)

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MaRS-Lab è un laboratorio di ricerca situato presso la Sede Secondaria CNR-ICCOM di Pisa, dedicato allo studio avanzato di materiali e sistemi solidi e soft mediante tecniche di Risonanza Magnetica.

L’attività principale del gruppo è incentrata sul set-up e l’applicazione delle più moderne tecniche di spettroscopia e rilassometria di Risonanza Magnetica Nucleare (NMR) che, attraverso opportuni processi e modelli interpretativi, permettono la caratterizzazione delle più rilevanti proprietà strutturali e dinamiche, su ampie scale spaziali (0.1-100 nm) e temporali (10^-12 – 1 s), di materiali e sistemi per le più diverse applicazioni. La versatilità di queste tecniche permette infatti lo studio di materiali e sistemi organici, inorganici e compositi, piccole molecole o macromolecole, campioni cristallini, semi-cristallini o amorfi, in praticamente qualsiasi forma, sfruttando i moltissimi nuclei a spin non nullo della Tavola Periodica e le molte osservabili NMR. Le informazioni ottenibili (struttura chimica, interazioni chimiche e fisiche, grado di mescolamento di componenti diverse, mobilità a livello molecolare e supramolecolare, ecc..) permettono una caratterizzazione approfondita dei sistemi esaminati, fondamentale per la comprensione delle performance, dei processi sintetici, di eventuali processi di trasformazione ecc.

All’interno del laboratorio sono presenti anche competenze in spettroscopia di risonanza paramagnetica elettronica (EPR). Le ricercatrici del gruppo hanno lavorato e lavorano in collaborazione con molti gruppi di ricerca, italiani e stranieri, nell’ambito di progetti di ricerca nazionali e internazionali, nonché contratti con industrie.

Il laboratorio è dotato di strumentazione per spettroscopia NMR allo Stato Solido e Rilassometria varia e moderna, che permette di realizzare studi multinucleari e multiscala. Grazie anche alla stretta collaborazione con colleghi del Dipartimento di Chimica e Chimica Industriale dell’Università di Pisa e all’afferenza al CISUP (Centro Integrazione Strumentazione Scientifica UNIPI), le ricercatrici del gruppo possono avvalersi anche di strumentazione NMR universitaria.

Campi di applicazione

Studi NMR di:

Materiali e processi per la transizione energetica e la riduzione del cambiamento climatico: energie rinnovabili (fotovoltaico inorganico e organico), CO₂-capture, materiali termochimici, cementi ecosostenibili;
Materiali e processi per l’economia circolare: riciclo e valorizzazione di biomasse e rifiuti urbani, biochar innovativi per il trattamento dei suoli;
Materiali inorganici e ibridi organici-inorganici di ultima generazione (fosforene, MOF, perovskiti, etc.)
Materiali polimerici e compositi di interesse per le nuove tecnologie;
Farmaci (principi attivi, eccipienti, formulazioni) e materiali per applicazioni biomediche (agenti di contrasto per MRI, idrogeli per il rilascio di farmaci e l’ingegneria tissutale);
Materiali molecolari (cristalli liquidi e plastici, liquidi ionici, etc.)
Materiali adsorbenti nanostrutturati di nuova generazione (MOF, SAPO, materiali compositi) per l’accumulo termico e per sistemi a pompa di calore – in collaborazione con Angelo Freni, Dirigente di Ricerca CNR-ICCOM.

Strumentazione

Spettrometro Bruker Avance NEO 500 (frequenza di Larmor ¹H di 500 MHz) dotato di 4 sonde CP-MAS doppia/tripla risonanza per solidi (diametri rotori 1.3 mm, 2.5 mm, 3.2 mm, 4.0 mm), comprensive di una fast-MAS (70 kHz), una per nuclei low-γ e una per semi-solidi (HR-MAS), in grado di operare tra -50 °C e 80 °C (@CISUP/DCCI UNIPI)
Spettrometro Varian InfinityPlus 400 (frequenza di Larmor ¹H di 400 MHz) dotato di 2 sonde CP-MAS doppia risonanza per solidi (diametri rotori 3.2 mm e 7.5 mm) e di 1 sonda statica goniometrica (@DCCI-UNIPI)
Rilassometro Stelar Spinmaster FFC-2000 Fast Field-Cycling NMR, funzionante a frequenza di Larmor ¹H variabile da 0.01 a 40 MHz) nell’intervallo di temperatura tra -140 °C e 110 °C (@CNR).
Rilassometro costituito da magnete Niumag (frequenza di Larmor ¹H di 20.7 MHz) interfacciato con console PCNMR, in grado di operare tra -50 °C and 90 °C (@CNR).
Spettrometro EPR Varian E112 in banda X dotato di accessori CW e impulsati per ENDOR e LOMENDOR (@CNR).