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Personale

Sergio Bocchini

Foto di Sergio Bocchini

Ricercatore a tempo determinato Legge 240/10 art.24-b
Dipartimento Scienza Applicata e Tecnologia (DISAT)

Profilo

Keywords

Anionic membranes
Biopolymers
Biosourced polymers
Carbon nanotubes
Cationic membranes
Co2 capture
Conductive polymer
Ionic liquids
Polymer chemistry
Polymer degradation
Polymer electrolytes
Polymer intrinsically microporous
Proton exchange membrane fuel cell (pemfc)

Settore scientifico disciplinare

PHYS-03/A - Fisica sperimentale della materia e applicazioni
(Area 0002 - Scienze fisiche)

Linee di ricerca

  • Durabilità e invecchiamento di sistemi elettrochimici a membrana La mia ricerca si concentra sulla durabilità e sull’invecchiamento di sistemi elettrochimici a membrana, con particolare attenzione a celle a combustibile, elettrolizzatori e dispositivi energetici basati su membrane. L’obiettivo è comprendere come i materiali di membrana degradino in condizioni operative realistiche e sviluppare strategie di progettazione capaci di migliorare vita utile, affidabilità e stabilità delle prestazioni. Un’attività centrale riguarda lo studio dei meccanismi di degradazione chimica, meccanica ed elettrochimica in membrane polimeriche elettrolitiche e ionomeri. La ricerca considera fenomeni quali attacco radicalico, idrolisi, ossidazione, assottigliamento della membrana, crossover dei gas, rigonfiamento, essiccamento, cicli di umidità, stress termico, lisciviazione dell’acido e fatica meccanica. Questi processi sono analizzati come fattori interconnessi, non come modalità di degradazione isolate. L’attività include membrane a scambio protonico, membrane a scambio anionico, elettroliti polimerici ad alta temperatura, binder ionomerici e sistemi mixed-matrix. Particolare attenzione è rivolta alle relazioni tra architettura del polimero, chimica dei gruppi ionici, assorbimento d’acqua, volume libero, confinamento meccanico e stabilità a lungo termine. Test di stress accelerato, protocolli di invecchiamento, misure di trasporto e validazione elettrochimica sono combinati per identificare i meccanismi critici di guasto. Un elemento trasversale è la definizione di relazioni struttura-proprietà-durabilità. Le prestazioni delle membrane sono valutate non solo in termini di conducibilità o selettività, ma anche attraverso indicatori di stabilità come evoluzione della permeabilità ai gas, aumento del crossover, perdita di integrità meccanica, decadimento di tensione, degradazione dello ionomero e ritenzione delle specie funzionali. Nel complesso, questa ricerca supporta lo sviluppo di tecnologie elettrochimiche per l’energia più affidabili, fornendo strumenti per prevedere, monitorare e mitigare la degradazione delle membrane. L’obiettivo finale è estendere la vita operativa dei dispositivi, ridurre i costi di sostituzione e abilitare sistemi durevoli di celle a combustibile ed elettrolizzatori basati su membrane polimeriche avanzate.
  • Ionomeri fluorine-free per celle a combustibile ed elettrolizzatori La mia ricerca si concentra sulla progettazione e sullo sviluppo di ionomeri privi di fluoro per celle a combustibile ed elettrolizzatori, con l’obiettivo di ridurre la dipendenza da materiali perfluorurati mantenendo elevate prestazioni elettrochimiche e buona durabilità. Questi materiali sono studiati come alternative agli ionomeri fluorurati convenzionali impiegati in membrane, strati catalitici e interfacce elettrodiche. Un’attività centrale riguarda la sintesi e funzionalizzazione di polimeri idrocarburici contenenti gruppi a conduzione protonica o anionica. La ricerca analizza come rigidità della catena polimerica, densità dei gruppi ionici, separazione di fase, assorbimento d’acqua e morfologia controllino conducibilità ionica, crossover dei gas, rigonfiamento e stabilità meccanica. Particolare attenzione è dedicata al bilanciamento tra elevato trasporto ionico e resistenza alla degradazione chimica, termica e meccanica. L’attività include ionomeri a conduzione protonica e anionica per celle a combustibile ed elettrolisi dell’acqua, sia a bassa sia ad alta temperatura. In questi sistemi gli ionomeri svolgono un ruolo chiave non solo come membrane, ma anche come binder e materiali interfacciali negli elettrodi, influenzando utilizzo del catalizzatore, trasporto dei reagenti, gestione dell’acqua e vita operativa del dispositivo. Un elemento trasversale è la definizione di relazioni struttura-proprietà-durabilità. Sintesi polimerica, processazione delle membrane, misure di trasporto ionico, prove di permeabilità ai gas, test di invecchiamento accelerato e validazione elettrochimica sono combinati per comprendere come architettura molecolare e organizzazione dei domini ionici influenzino le prestazioni in condizioni operative. Nel complesso, questa ricerca supporta lo sviluppo di dispositivi elettrochimici per l’energia più sostenibili, fornendo materiali ionomerici privi di fluoro per conversione e produzione di idrogeno. L’obiettivo è migliorare l’efficienza, ridurre l’impatto ambientale e abilitare tecnologie durevoli per celle a combustibile ed elettrolizzatori basate su polimeri funzionali avanzati.
  • Materiali polimerici funzionali per applicazioni energetiche sostenibili La mia ricerca si concentra su materiali polimerici funzionali per applicazioni energetiche sostenibili, con l’obiettivo di sviluppare materiali avanzati per conversione e accumulo di energia, separazioni e tecnologie ambientali. L’attività si basa sulla progettazione di polimeri la cui struttura chimica, morfologia e proprietà di trasporto possano essere modulate per rispondere a specifiche esigenze tecnologiche. Un’attività centrale riguarda membrane polimeriche e ionomeri per dispositivi elettrochimici per l’energia, inclusi celle a combustibile, elettrolizzatori, sistemi di elettro-riduzione della CO₂ e altri dispositivi basati su membrane. Gruppi funzionali, domini ionici, volume libero, separazione di fase e architettura polimerica sono progettati per controllare trasporto ionico, permeabilità ai gas, assorbimento d’acqua, stabilità meccanica e resistenza alla degradazione. La ricerca include anche materiali polimerici e ibridi per separazione di gas, cattura della CO₂, purificazione dell’idrogeno e separazioni industriali a basso consumo energetico. Polimeri a microporosità intrinseca, polibenzimidazoli, ionomeri, materiali contenenti liquidi ionici e sistemi mixed-matrix sono sviluppati per modulare sorzione, diffusione, permeabilità, selettività, resistenza alla plasticizzazione e stabilità all’invecchiamento. Un’ulteriore direzione riguarda binder polimerici funzionali, coating e interfacce per dispositivi di accumulo e conversione dell’energia. Sistemi polimerici bio-based, privi di fluoro o a basso impatto sono studiati come alternative ai materiali convenzionali, con attenzione a stabilità elettrochimica, adesione, processabilità, trasporto ionico e compatibilità con i materiali attivi. Un elemento trasversale è la definizione di relazioni struttura-proprietà-prestazioni. Sintesi e funzionalizzazione dei polimeri, processazione delle membrane, caratterizzazione dei materiali, misure di trasporto, protocolli di invecchiamento e validazione a livello di dispositivo sono combinati per comprendere come il design molecolare influenzi prestazioni e durabilità in condizioni operative realistiche. Nel complesso, questa ricerca supporta lo sviluppo di tecnologie energetiche sostenibili attraverso materiali polimerici avanzati. L’obiettivo è migliorare l’efficienza, ridurre l’impatto ambientale, estendere la vita operativa dei dispositivi e abilitare soluzioni scalabili per idrogeno pulito, gestione della CO₂, accumulo di energia e processi di separazione a basso consumo energetico.
  • Membrane avanzate per tecnologie dell’idrogeno pulito La mia ricerca si concentra su membrane polimeriche avanzate per tecnologie dell’idrogeno pulito, incluse celle a combustibile, elettrolizzatori, separazione dell’idrogeno e purificazione dell’idrogeno. L’obiettivo principale è progettare materiali di membrana che combinino elevate prestazioni di trasporto, durabilità, stabilità chimica e meccanica, processabilità e ridotto impatto ambientale. Un’attività centrale riguarda membrane polimeriche iono-conduttrici per dispositivi elettrochimici, come membrane a scambio protonico, membrane polimeriche per alta temperatura, membrane a scambio anionico e ionomeri privi di fluoro o a basso contenuto di fluoro. La ricerca affronta le relazioni tra struttura del polimero, chimica dei gruppi ionici, assorbimento d’acqua, conducibilità ionica, crossover dei gas, stabilità dimensionale e degradazione. Particolare attenzione è dedicata ad alternative alle membrane perfluorurate convenzionali. Un secondo ambito riguarda membrane ad alta temperatura per la conversione energetica basata sull’idrogeno. Polibenzimidazolo drogato con acido fosforico e polimeri aromatici correlati sono studiati per celle a combustibile a membrana polimerica ad alta temperatura. Questi sistemi possono operare in condizioni di bassa umidità o anidre, migliorare la tolleranza alle impurità del combustibile e semplificare la gestione dell’acqua. Il design delle membrane si basa sul bilanciamento tra assorbimento di acido, conducibilità protonica, ritenzione dell’acido, confinamento meccanico e durabilità a lungo termine. L’attività include anche membrane per separazione e purificazione dell’idrogeno, con applicazioni nel recupero di H₂ e in separazioni come H₂/CO₂, H₂/N₂ e purificazione da reformati, miscele gassose rinnovabili e off-gas industriali. Membrane polimeriche, ionomeriche e mixed-matrix sono sviluppate per modulare permeabilità, selettività, resistenza alla plasticizzazione e stabilità all’invecchiamento. Un elemento trasversale è la definizione di relazioni struttura-proprietà-durabilità. Sintesi polimerica, processazione delle membrane, misure di trasporto, test di invecchiamento e validazione elettrochimica sono combinati per comprendere come architettura molecolare, volume libero, domini ionici, reti di legami a idrogeno e interfacce filler-polimero influenzino le prestazioni. Nel complesso, questa ricerca supporta l’economia dell’idrogeno pulito attraverso lo sviluppo di materiali di membrana abilitanti per produzione, conversione, purificazione e utilizzo dell’idrogeno, con l’obiettivo di migliorare l’efficienza, ridurre l’impatto ambientale ed estendere la vita operativa dei dispositivi.
  • Membrane polimeriche per cattura della CO₂ e separazione di gas La mia ricerca si concentra su membrane polimeriche per la cattura della CO₂ e la separazione di gas, con l’obiettivo di sviluppare materiali efficienti, selettivi e durevoli per processi di separazione a basso consumo energetico. L’attività riguarda applicazioni quali cattura post-combustione della CO₂, upgrading del biogas, purificazione del gas naturale, purificazione dell’idrogeno e separazione di miscele gassose industriali. Un’attività centrale riguarda la progettazione di materiali polimerici con proprietà controllate di sorzione e diffusione dei gas. Polimeri a microporosità intrinseca, polimeri aromatici funzionalizzati, ionomeri, sistemi contenenti liquidi ionici e membrane mixed-matrix sono studiati per modulare permeabilità, selettività, resistenza alla plasticizzazione e stabilità a lungo termine. La ricerca affronta le relazioni tra struttura del polimero, volume libero, rigidità della catena, gruppi funzionali, interfacce filler-polimero e morfologia della membrana. Particolare attenzione è dedicata al bilanciamento tra elevata permeabilità ai gas ed elevata selettività, nonché alla resistenza all’invecchiamento, al rigonfiamento e alla plasticizzazione in condizioni operative realistiche. L’attività include anche lo sviluppo di membrane per CO₂/N₂, CO₂/CH₄, H₂/CO₂, H₂/N₂ e altre coppie di gas di interesse tecnologico. Misure di trasporto, caratterizzazione dei materiali e test di invecchiamento sono combinati per definire relazioni struttura-proprietà-durabilità e guidare l’ottimizzazione delle membrane. Nel complesso, questa ricerca supporta lo sviluppo di tecnologie di separazione a membrana per decarbonizzazione, efficienza nell’uso delle risorse e processi industriali sostenibili. L’obiettivo è ridurre il consumo energetico delle separazioni gassose, abilitare la cattura e valorizzazione della CO₂ e fornire piattaforme robuste di membrane polimeriche per applicazioni energetiche e ambientali.
  • Polimeri PIM e PBI per trasporto molecolare selettivo La mia ricerca si concentra su polimeri PIM e PBI per il trasporto molecolare selettivo, con l’obiettivo di sviluppare materiali di membrana avanzati per separazione di gas, trasporto ionico e applicazioni elettrochimiche per l’energia. Queste famiglie polimeriche sono studiate perché offrono proprietà di trasporto complementari: i PIM presentano elevato volume libero e rapida diffusione molecolare, mentre i PBI offrono stabilità termica, chimica e meccanica, insieme a forti interazioni con acidi e specie polari. Un’attività centrale riguarda i polimeri a microporosità intrinseca per membrane di separazione gas. La loro struttura molecolare rigida e contorta genera elementi di volume libero interconnessi che favoriscono elevata permeabilità ai gas. La ricerca analizza come struttura della catena, gruppi funzionali, invecchiamento, plasticizzazione e processazione della membrana influenzino permeabilità, selettività e stabilità a lungo termine in separazioni quali CO₂/N₂, CO₂/CH₄, H₂/CO₂ e H₂/N₂. Una seconda attività riguarda membrane a base di polibenzimidazolo per ambienti ad alta temperatura e chimicamente impegnativi. PBI e PBI modificati sono studiati per trasporto protonico, separazione dell’idrogeno, separazione della CO₂ e celle a combustibile ad alta temperatura. Particolare attenzione è dedicata a drogaggio con acido, reti di legami a idrogeno, confinamento meccanico, ritenzione dell’acido e degradazione in condizioni operative. L’attività include anche funzionalizzazione, blending e approcci mixed-matrix per modulare il trasporto molecolare. Strutture PIM e PBI possono essere modificate con gruppi ionici, funzionalità acido-base, filler porosi, liquidi ionici o reti reticolate per controllare sorzione, diffusione, selettività, conducibilità ionica e resistenza all’invecchiamento. Un elemento trasversale è la definizione di relazioni struttura-proprietà-trasporto. Misure di permeazione gas, conducibilità ionica, sorzione, analisi termica, prove meccaniche e protocolli di invecchiamento sono combinati per comprendere come architettura molecolare, volume libero, rigidità della catena, polarità e interazioni intermolecolari determinino le prestazioni della membrana. Nel complesso, questa ricerca supporta lo sviluppo di membrane polimeriche per separazioni a basso consumo energetico e dispositivi elettrochimici. L’obiettivo è sfruttare la chimica di PIM e PBI per progettare materiali robusti, selettivi e durevoli per cattura della CO₂, purificazione dell’idrogeno, celle a combustibile e altre tecnologie per l’energia pulita.
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Competenze

Settori ERC

PE5_7 - Biomaterials synthesis
PE4_8 - Electrochemistry, electrodialysis, microfluidics, sensors
PE11_4 - Engineering of polymers and plastics
PE5_5 - Ionic liquids
PE5_14 - Macromolecular chemistry
PE11_9 - Nanomaterials engineering, e.g. nanoparticles, nanoporous materials, 1D & 2D nanomaterials
PE5_15 - Polymer chemistry
PE11_11 - Porous materials engineering, e.g. covalent-organic, metal-organic, porous aromatic frameworks

SDG

Goal 7: Affordable and clean energy
Goal 13: Climate action

Didattica

Collegi di Dottorato

  • SCIENZA E TECNOLOGIA DEI MATERIALI, 2025/2026 (41. ciclo)
    Politecnico di TORINO

Collegi dei Corsi di Studio

Insegnamenti

Corso di laurea di 1° livello

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