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La presente Tesi di Dottorato si propone di sviluppare elettrocatalizzatori efficaci e di applicarli come sistemi elettrodici. Una delle principali problematiche dell'elettrochimica è rappresentata dal progressivo deterioramento della prestazione dell'elettrodo a causa della contaminazione superficiale, spesso osservata nel caso di materiali a base di carbonio e di Pt. Inoltre, i materiali elettrodici convenzionali spesso soffrono di scarsa selettività, che rappresenta un requisito fondamentale nell’elettrosintesi e nei sensori amperometrici.
Nel presente progetto di dottorato questi problemi sono stati affrontati utilizzando materiali elettrodici non convenzionali basati su Ti e Cu. Nello specifico, le indagini elettrocatalitiche sono state sfruttate anche per lo sviluppo di sensori amperometrici. Questi dispositivi costituiscono valide alternative rispetto ai metodi analitici sviluppati fino a questo momento. Le tecniche amperometriche possiedono numerosi vantaggi, come la semplicità, il basso costo e la possibilità di operare in soluzioni torbide; inoltre in molti casi non richiedendo alcun pre-trattamento del campione. I sensori amperometrici possono essere adottati per eseguire il monitoraggio in situ dei diversi processi industriali e quindi effettuare azioni mirate a migliorare la loro efficienza, sicurezza ed impatto ambientale.
Ti e Cu in forma di elettrodi a disco sono stati impiegati per la determinazione di, rispettivamente, Au e H2O2. Alcuni dei sensori prodotti sono stati utilizzati in matrici reali come acque reflue o soluzioni di metalli provenienti da processi di recupero. Inoltre, il comportamento elettrochimico di un certo numero di leghe di Cu è stato studiato in presenza di diverse specie organiche, come metanolo, etanolo, glucosio e formaldeide e forti ossidanti come H2O2. Alcune di queste leghe hanno mostrato una significativa riduzione della sovratensione e una migliore riproducibilità dei responsi rispetto ad elettrodi monometallici basati sui rispettivi componenti. Quindi, è possibile concludere che si verifica una sinergia tra i costituenti delle leghe in grado di modificare il comportamento elettrocatalitico del sistema, oltre ad incrementare la resistenza alla corrosione.
In aggiunta, rivestimenti a base di nanoparticelle di Au e MnxOy depositati su elettrodi a disco di Ti sono stati impiegati per l'ossidazione anodica di differenti specie organiche, come carboidrati ed alcoli. I risultati hanno mostrato che questi sistemi elettrodici possiedono un comportamento elettrocatalitico peculiare in termini di sensibilità e selettività verso la specie in soluzione. A titolo di esempio, nanoparticelle di Au depositate su Ti sono in grado di ossidare selettivamente gli aldosi.
L'esperienza maturata su questi elettrocatalizzatori ha consentito la formulazione di inchiostri innovativi basati su nanocompositi di Au-Ti e nanoparticelle di Cu che possono essere depositate su supporti cartacei. Questi sistemi elettrodici non convenzionali sono stati testati in presenza di alcune delle specie organiche elencate, allo scopo di sviluppare elementi sensibili monouso e poco costosi.
Infine, una review che raccoglie la letteratura sul ruolo di Ti nell'elettrocatalisi è stata scritta.

The present PhD Thesis aims at developing effective electrocatalysts and implementing them as electrode systems. One of the major issues of the electrochemistry lies in the progressive deterioration of the performance of the electrode due to surface fouling, which is often observed in the case of carbon-based materials and of Pt. In addition, conventional electrode materials most often suffer from poor selectivity, which represents a key requirement in electrosynthesis and amperometric sensing. In the present PhD project these issues have been approached using non-conventional electrode materials based on Ti and Cu. As a specific item, the electrocatalytic investigations have been also exploited in the development of amperometric sensors. These devices constitute appealing alternatives to the analytical methods developed so far. They possess a number of advantages, such as simplicity, low cost, and possibility to operate in turbid solutions, often not requiring any pre-treatments of the sample. Effective amperometric sensors may be adopted in order to perform in situ monitoring of different industrial processes and consequently activate actions devoted to improve efficiency, safety and environmental impact. Bulk Ti and Cu have been employed for the determination of Au and of H2O2, respectively. Relevant sensors have been used in real matrices such as solutions from metal recovery processes and from wastewater. In addition, the electrochemical behavior of a number of bulk Cu alloys have been investigated in the presence of different organic species, such as methanol, ethanol, glucose and formaldehyde and strong oxidants such as H2O2. Some alloys exhibited a significantly lower anodic overpotential and better reproducibility of the responses with respect to the relevant pure components. Hence, it is possible to conclude that a synergy between the constituents of the alloys occurs. Coatings based on Au nanoparticles and MnxOy, deposited on bulk Ti have been employed for the anodic oxidation of different organic species, such as carbohydrates and alcohols. The results showed these electrode systems possess a peculiar electrocatalytic behavior in terms of sensitivity and selectivity toward the species in solution; as example only aldoses can be anodically oxidised on Au nanoparticles deposited on Ti. The expertise gained on these electrocatalysts allowed the formulation of innovative inks based on Au-Ti nanocomposites and Cu nanoparticles that can be deposited on paper support. These unconventional electrode systems were tested in the presence of some of the listed organic species, aiming at developing disposable and inexpensive sensing elements. Finally, a review discussing the role of Ti in electrocatalysis has been written.