Barbara Bonelli

Foto di Barbara Bonelli

Professoressa Ordinaria (L.240)
Dipartimento Scienza Applicata e Tecnologia (DISAT)

  • Componente Centro Interdipartimentale PolitoBIOMed Lab - Biomedical Engineering Lab

Profilo

Interessi di ricerca

Co2 reduction
Co2 storage
Emerging contaminants
Groundwater remediation
Hydrogen
Nanomaterials
Photocatalysis
Wastewater treatment
Water splitting

Biografia

Barbara Bonelli è Professore Ordinario di Fondamenti Chimici delle Tecnologie. E' Coordinatrice del Corso di Dottorato in Scienza e Tecnologia dei Materiali, Membro del Comitato Esecutivo della Scuola di Dottorato e della Giunta Dipartimentale. Referente della Commissione Comunicazione del Dipartimento. I suoi principali interessi di ricerca sono la sintesi e la caratterizzazione di (nano)materiali porosi per lo stoccaggio di gas (H2, CH4, CO2); la catalisi eterogenea e la fotocatalisi, con particolare riferimento alla rimozione di contaminanti emergenti. Su tali argomenti ha pubblicato oltre 189 lavori con un h-index complessivo pari a 34.

Curriculum

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Settore scientifico discliplinare

CHEM-06/A - Fondamenti chimici delle tecnologie
(Area 0003 - Scienze chimiche)

Linee di ricerca

  • Sviluppo di fotocatalizzatori per la riduzione della CO2 con luce solare
  • Sviluppo di fotocatalizzatori per rimozione di inquinanti acquiferi con luce solare
  • Sviluppo di fotocatalizzatori per water splitting
  • Sviluppo di nanomateriali per sistemi ANG

Competenze

Settori ERC

PE4_17 - Characterisation methods of materials
PE5_12 - Chemistry of condensed matter
PE4_18 - Environment chemistry
PE4_10 - Heterogeneous catalysis
PE5_6 - New materials: oxides, alloys, composite, organic-inorganic hybrid, nanoparticles
PE4_1 - Physical chemistry
PE5_2 - Solid state materials
PE4_2 - Spectroscopic and spectrometric techniques
PE5_1 - Structural properties of materials
PE5_3 - Surface modification
PE4_4 - Surface science and nanostructures
PE5_4 - Thin films

SDG

Goal 6: Clean water and sanitation
Goal 11: Sustainable cities and communities

Premi e riconoscimenti

  • Abilitazione Nazionale I fascia conferito da MIUR, Italia (2013)
  • Certificate of Appreciation for Valuable Contribution conferito da ACS (American Chemical Society), Stati Uniti (2013)

Partecipazioni scientifiche

  • Altra carica sociale - Consorzio INSTM, Italia (2001-)
  • Socio effettivo o corrispondente - Società Chimica Italiana, Italia (1997-)

Comitati editoriali

  • ACS SUSTAINABLE CHEMISTRY & ENGINEERING (2023-), Membro del Comitato Editoriale
  • NANOMATERIALS (2023-), Editor di rivista, collana editoriale, enciclopedia
  • CATALYSTS (2018-), Guest Editor di rivista o collana editoriale
  • MOLECULES (2018-), Editor di rivista, collana editoriale, enciclopedia

Congressi

  • Europacat2017 (27/8/2017-31/8/2017), Program commitee (membro del comitato scientifico)
  • NANO VIII (4th International Symposium on Nanoporous Materials) (7/7/2017-12/7/2017), Program commitee (membro del comitato scientifico)
  • V International Workshop Oxide 2012&AIZ day (23/9/2012-27/9/2012), Partecipazione al comitato organizzativo
  • VII International Symposium on Group Five Elements (8/5/2011-11/5/2011), Program commitee (membro del comitato scientifico)
  • V Congresso Nazionale AICING 2006 (3/9/2006-5/9/2006), Partecipazione al comitato organizzativo

Incarichi di valutatore o esperto

  • Matera+. 2014
    EUROPEAN COMMISSION

Didattica

Collegi di Dottorato

  • CATALISI, 2022/2023 (39. ciclo)
    Università degli Studi di PERUGIA
  • SCIENZA E TECNOLOGIA DEI MATERIALI, 2022/2023 (39. ciclo)
    Politecnico di TORINO
  • SCIENZA E TECNOLOGIA DEI MATERIALI, 2021/2022 (38. ciclo)
    Politecnico di TORINO
  • SCIENZA E TECNOLOGIA DEI MATERIALI, 2020/2021 (37. ciclo)
    Politecnico di TORINO
  • SCIENZA E TECNOLOGIA DEI MATERIALI, 2019/2020 (36. ciclo)
    Politecnico di TORINO
  • SCIENZA E TECNOLOGIA DEI MATERIALI, 2018/2019 (35. ciclo)
    Politecnico di TORINO
  • SCIENZA E TECNOLOGIA DEI MATERIALI, 2017/2018 (34. ciclo)
    Politecnico di TORINO
  • SCIENZA E TECNOLOGIA DEI MATERIALI, 2016/2017 (33. ciclo)
    Politecnico di TORINO
  • SCIENZA E TECNOLOGIA DEI MATERIALI, 2015/2016 (32. ciclo)
    Politecnico di TORINO
  • SCIENZA E TECNOLOGIA DEI MATERIALI, 2014/2015 (31. ciclo)
    Politecnico di TORINO
  • SCIENZA E TECNOLOGIA DEI MATERIALI, 2013/2014 (30. ciclo)
    Politecnico di TORINO
  • SCIENZA E TECNOLOGIA DEI MATERIALI, 2012/2013 (29. ciclo)
    Politecnico di TORINO
  • SCIENZA E TECNOLOGIA DEI MATERIALI, 2011/2012 (28. ciclo)
    Politecnico di TORINO
  • SCIENZA E TECNOLOGIA DEI MATERIALI, 2010/2011 (27. ciclo)
    Politecnico di TORINO
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Collegi dei Corsi di Studio

Insegnamenti

Dottorato di ricerca

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Corso di laurea di 1° livello

  • Chimica. A.A. 2024/25, INGEGNERIA AEROSPAZIALE. Titolare del corso
  • Chimica. A.A. 2023/24, INGEGNERIA GESTIONALE. Titolare del corso
  • Chimica. A.A. 2022/23, INGEGNERIA GESTIONALE. Titolare del corso
  • Chimica. A.A. 2021/22, INGEGNERIA AEROSPAZIALE. Titolare del corso
  • Chemistry. A.A. 2020/21, INGEGNERIA DELL'AUTOVEICOLO (AUTOMOTIVE ENGINEERING). Titolare del corso
  • Chemistry. A.A. 2019/20, INGEGNERIA DELL'AUTOVEICOLO (AUTOMOTIVE ENGINEERING). Titolare del corso
  • Chemistry. A.A. 2018/19, INGEGNERIA DELL'AUTOVEICOLO (AUTOMOTIVE ENGINEERING). Titolare del corso
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Altre attività e progetti di didattica

L'attività didattica di BB è prevalentemente nei campi della chimica per l'ingegneria e della chimica-fisica applicata ai nanomateriali. Sulla base della sua attività didattica, BB è autrice dei libri di testo “Appunti di Chimica”; “Esercitarsi per l'esame di Chimica”; "Let’s practice for the chemistry exam" e "ChemistrYES!" per C.L.U.T. editore (Torino, Italia).

Oltre ad insegnare Chimica agli studenti del I anno di Ingegneria, dal 2012 al 2017 è stata responsabile di due moduli didattici (insegnati in lingua inglese) nei corsi di II livello “ChemistrYES!” for the C.L.U.T. editor (Torino, Italy).

Dal 2012 al 2017 ha tenuto due moduli didattici in Iglese nei corsi di II livello “Micro and nanotechnologies applied to biomedicine, environment and energy” e “Physical properties at nanoscale, nanomanipulations and nanoprocesses””.

Dall'a.a. 2012-2013 all'a.a. 2018-2019, è stata responsabile del corso di III livello “Physico-chemical properties of materials for nanotechnologies” (in lingua inglese) per dottorandi nelle aree scientifiche di chimica, fisica e scienza e ingegneria dei materiali.

Dall'AA 2019-2020 è responsabile del corso di III livello "Synthesis methods to tailor the surface and the structure properties of advanced materials”.

Dall'AA 2019-2020 è titolare di un modulo didattico di 8 h nel Corso di Dottorato “Applied Spectroscopy Methods” (Responsabile prof. A. Fina).

Ricerca

Istituto

Gruppi/Team di ricerca

Laboratori

Progetti di ricerca

Progetti finanziati da bandi competitivi

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Progetti finanziati da contratti commerciali

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Dottorandi

Altre attività e progetti di ricerca

• Principali attività e responsabilità dal 2010 ad oggi.
Il suo gruppo di ricerca "Surf-CheM" è composto da esperti di tecniche spettroscopiche avanzate e di sintesi e caratterizzazione dei materiali e collabora fruttuosamente con diversi gruppi di ricerca (nazionali ed internazionali) operanti nei settori della catalisi eterogenea, adsorbimento e stoccaggio di gas, applicazioni biomediche, ecc. ecc.
Attualmente, BB è responsabile del progetto MSCA-IF - Lush Art: Luminescent solar heterostructures for Artificial Photosynthesis (GA n. 843439; data inizio 16 marzo 2020 - data fine 15 marzo 2022). Nel 2019 è stata Visiting Professor presso il Massachusetts Institute of Technology tenendo due seminari per Dottorandi presso il Dipartimento di Chimica, nell'ambito del progetto MITOR “LIGHT Harvesting Antenna systems for solar Applications”.
1) Principali attività ed interessi di ricerca.
1a) Sintesi e caratterizzazione di MOF rinforzati con GO/rGO per lo stoccaggio di CH4 (come Principal Investigator del WP1 nel contratto ENI 1117/2019).
1b) Caratterizzazione chimico-fisica di nanomateriali (porosi) per catalisi e adsorbimento/stoccaggio di gas (es. CO2, H2, CH4) mediante tecniche avanzate di spettroscopia; adsorbimento di molecole sonda per la caratterizzazione superficiale dei materiali; spettroscopia IR a temperatura variabile; spettroscopie XPS e UV-Vis; porosimetria; analisi TEM e SEM; diffrazione di raggi X; microcalorimetria; tecnica TPDRO (Temperature Programmed Desorption, Reduction, Oxidation); termogravimetria; analisi termica differenziale e calorimetria; ecc. In breve, le molecole sonda sono semplici molecole in fase gas/vapore (ad esempio CO, CO2, NH3, H2O), che possono essere dosate sulla superficie dei solidi (ad esempio silice, zeoliti, ossidi metallici, ecc.) utilizzando delle linee a vuoto. Quando la sonda interagisce con una superficie adsorbente, le sue bande IR vengono modificate (rispetto a quelle della molecola libera) e possono essere monitorate all’IR. Infatti, la spettroscopia IR di adsorbimento di molecole sonda consente di studiare le proprietà della superficie adsorbente (ad esempio tipo e abbondanza di siti acido/base; stato di coordinazione e ossidazione degli ioni metallici superficiali) ed è un mezzo potente per studiare le proprietà dei solidi, soprattutto quelli ad alta area superficiale, usati come catalizzatori eterogenei. Infatti, uno dei suoi principali interessi è la caratterizzazione chimico-fisica di catalizzatori eterogenei.
Dopo aver trascorso due mesi come Visiting Researcher presso l'Universidad de Las Islas Baleares (Spagna) lavorando sull'uso di tecniche spettroscopiche IR avanzate nel gruppo del Prof. C.O. Areán nel 2002, BB ha “importato” la tecnica della spettroscopia IR a temperatura variabile al Politecnico. In breve, le celle VTIR consentono la misurazione simultanea dello spettro IR, della temperatura e della pressione in sistemi termodinamici chiusi. La tecnica VTIR consente di ricavare alcune grandezze termodinamiche (entalpia ed entropia di adsorbimento) in sistemi ideali gas-solido (es. CO2 / H-ZSM-5; NH3 / H-ZSM-5) senza la necessità di misure calorimetriche, molto più lunghe e tediose.
Poche celle VTIR sono attualmente disponibili in tutto il mondo: la maggior parte di esse consente lo studio di interazioni deboli (ad es.H2 / zeoliti; CO / zeoliti) e richiede apparecchiature artigianali (di solito funzionanti a temperature vicine a quella dell’azoto liquido) o molto costose (che lavorano a temperature vicine al punto di ebollizione delll’He).
BB ha esteso l'utilizzo della tecnica VTIR allo studio di interazioni più forti (es. CO2 / zeoliti; NH3 / zeoliti), mediante l'utilizzo di una cella commerciale (disponibile nel lab di Spettroscopia Vibrazionale di cui è responsabile, vide supra) operante nell’intervallo di temperatura tra l’ambiente e 600 ° C. BB insegna anche l’utilizzo della tecnica VTIR in un modulo di 8 ore all'interno del Corso di III livello “Applied Spectroscopy methods” (vide infra).
1c) Sintesi e caratterizzazione chimico-fisica di nanomateriali per catalisi e fotocatalisi, tra cui TiO2 mesoporosa (drogata e non) per l'abbattimento di inquinanti acquiferi di rilevanza ambientale con illuminazione solare. Questo argomento è stato sviluppato negli ultimi anni, quando BB è stata coinvolta in diverse attività riguardanti la rimozione di coloranti, farmaci, pesticidi, ecc. da acque inquinate. In questo contesto, BB è stata Principal Investigator di un'unità INSTM nel progetto “DeN - Sviluppo tecnologico di strategie innovative per l'abbattimento degli inquinanti azotati nelle acque” finanziato dalla fondazione CARIPLO. È stata co-autrice del libro di Elsevier “Nanomaterials for the detection and removal of wastewater pollutants”; è autrice di numerosi articoli sull'argomento e del recente articolo "Effects of the Brookite Phase on the Properties of Different Nanostructured TiO2 Phases Photocatalytically Active Towards the Degradation of N-Phenylurea", Freyria FS, Blangetti N., Esposito S., Nasi R. , Armandi M., Annelio V., Bonelli B *, ChemistryOpen / Wiley, 2020, 9 (9) 903-912, doi: 10.1002 / open.202000127 ha ricevuto una copertina su invito ed è stato selezionato da Wiley per apparire nella sezione Hot Topic: mesoporous materials (https://onlinelibrary.wiley.com/doi/toc/10.1002/(ISSN)1613-6829.hottopic-mesoporousmaterials?fbclid=IwAR0lMMGh5T3h1Hlhso5J2sFJippYOII5Q-M-7U1SlHporousmaterials?fbclid=IwAR0lMMGh5T3h1Hlhso5J2sFJippYOII5Q-M-7U1SlHporials (https://chemistry-europe.onlinelibrary.wiley.com/doi/toc/10.1002/(ISSN)9999-0001.society-volumes-Italia?fbclid=IwAR1xFrN2cxadH4vRBFgOm6u9_t-fQM2RXKrEi5bcMhDs8).
1d) Sintesi e caratterizzazione chimico-fisica di CoAPO e ossidi di Co/Mn come catalizzatori della reazione di ossidazione dell'acqua (WOC). Questa attività è iniziata nel 2009, quando BB è stata coinvolta nel progetto europeo SOLHYDROMICS riguardante la sintesi di catalizzatori eterogenei capaci di imitare i catalizzatori naturali per la reazione WO. E’ coautrice di diversi articoli sull'argomento e recentemente è stata coautrice del libro Springer "Testing Novel Water Oxidation Catalysts for Solar Fuels Production".
1e) Sintesi e caratterizzazione chimico-fisica di nanotubi di imogolite (NT) modificata e non. L'imogolite è un allumino-silicato idrato con formula (OH) 3Al2O3SiOH che si presenta sotto forma di NT a parete singola con una superficie interna (molto idrofila), rivestita da gruppi SiOH e una superficie esterna, recante le proprietà anfotere di un ossidrossido di alluminio. L'imogolite si trova in natura come una frazione minore dei terreni vulcanici, ma può essere ottenuta anche mediante sintesi sol-gel. Rispetto ai CNT (più famosi), i NT di imogolite si disperdono facilmente in acqua, sono isolanti e possono essere funzionalizzati sia sulla superficie interna sia su quella esterna in condizioni blande di reazione. Inoltre, i NT di imogolite sono meno tossici dei CNT, come mostrato un articolo interdisciplinare ("Imogolite: An aluminosilicate nanotube endowed with low cytotoxicity and genotoxicity ", Rotoli, BM, Guidi, P., Bonelli, B., Bernardeschi, M., Bianchi, MG, Esposito, S., Frenzilli, G., Lucchesi, P., Nigro, M., Scarcelli, V., Tomatis, M., Zanello, PP, Fubini, B., Bussolati, O., Bergamaschi, E., 2014, Chemical Research in Toxicology / ACS, US, 27 (7) 1142-1154. Bonelli, Rotoli e Guidi hanno ugualmente contribuito al lavoro. Doi: 10.1021 / tx500002d)
L’attività di BB riguarda non solo lo studio delle proprietà fisico-chimiche di NT di imogolite, ma anche la loro modificazione chimica, in particolare la sintesi e le proprietà della metilimogolite, un nuovo tipo di materiale con formula (OH) 3Al2O3SiCH3 , che forma NT la cui superficie interna è idrofobica, mentre quella esterna è invariata rispetto all’ imogolite. I NT di metilimogolite hanno un'area superficiale più elevata, una maggiore stabilità termica e proprietà fisico-chimiche più interessanti rispetto a quelli di imogolite. Sono ottenuti mediante un procedimento brevettato (“Nanotubi di imogolite di sintesi, chimicamente modificata, e procedimento per la loro preparazione” Bottero I., Garrone, E., Bonelli, B. 2007, Brevetto italiano TO2007A000765 depositato il 20 febbraio, 2009), basato sull'uso di un precursore commerciale di Si. Tale procedura ha permesso l'idrofobizzazione di un alluminosilicato poroso, un processo altrimenti non facilmente realizzabile con altri alluminosilicati porosi, come le zeoliti, e di ottenere effettivamente un nuovo tipo di solido senza altra controparte nel nanomondo.
In qualità di esperta di materiali imogolitici, nell'aprile 2017 è stata Visiting Professor presso l'Universidad Catolica de Temuco (Cile) e l'Universidad de Santiago de Cile (USACH); è stata invitata a contribuire con due capitoli al libro di Elsevier “Nanosized Tubular Clay Minerals” ed è stata Invited Speaker durante la conferenza IMOGO2017 (Puerto Varas, , 10-13 ottobre 2017).
Un altro argomento che ha sviluppato è il doping con Fe di NT di imogolite e metilimogolite, un processo che porta a materiali semiconduttivi con attività catalitica e fotocatalitica. Questo è stato l'argomento di due tesi di dottorato da lei supervisionate (tesi del dott. E. Shafia e del dott. E. Bahadori). È stata invitata a tenere un una conferenza sull'argomento durante le Giornate franco-italiane della nanoscienza (Bardonecchia, Italia, 31 gennaio, 2 febbraio 2018) e una conferenza su invito durante la XVI Conferenza latinoamericana sulle applicazioni dell'effetto Mössbauer (Santiago de Cile, 18-23 ottobre 2018).
1f) Sintesi e caratterizzazione di nanocompositi metallici magnetici per applicazioni biomedicali. È coautrice di un brevetto mondiale ("Production of Magnetic Metal Nanoparticles embedded in a silica-allumina matrix" Esposito, S., Marocco, A., Bonelli, B., Pansini, M. International Patent WO2015 / 145230 ° 1 depositato il 1 ottobre 2015) e svilupperà l'argomento nell'ambito del laboratorio interdipartimentale PolitoBIOMed. Le sue attività presso tale laboratorio riguardano infatti lo sviluppo di nanomateriali per la concentrazione, separazione e diagnostica di biomolecole rilevanti (acidi nucleici; antigeni tumorali) presenti in matrici complesse (fluidi biologici, sangue) e anche la produzione di nanomateriali modello di polveri potenzialmente pericolose, che si possono trovare nell'ambiente a causa delle emissioni degli inceneritori, ad esempio. Ha infatti una notevole esperienza nel campo dei nanomateriali a base di carbonio, silice e ossidi di ferro. Riguardo a quest'ultimo argomento, è corresponding author di un articolo interdisciplinare, che è stato scelto come articolo principale nel suo issue ("Hematite nanoparticles larger than 90 nm show no sign of toxicity in terms of lactate dehydrogenase release, nitric oxide generation, apoptosis, and comet assay in murine alveolar macrophages and human lung epithelial cells", Freyria, F.S., Bonelli, B.,* Tomatis, M.,* Ghiazza, M., Gazzano, E., Ghigo, D., Garrone, E., Fubini, B., 2012, Chemical Research in Toxicology/ACS, US, 25(4) 850-861).

Pubblicazioni

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Società e imprese

Brevetti e altre proprietà intellettuali

  • Uso di allumino-fosfati contenenti metalli di transazione (ME-APO-N) per la scissione (splitting) termica dell'acqua in condizione molto blande. Brevetto nazionale
    Inventori: Barbara Bonelli Edoardo Garrone Barbara Onida Guido Saracco
  • Metodo diretto di sintesi SOL-GEL di nanotubi a parete singola di alluminio-silicato aventi superficie interna funzionalizzata con gruppi organici. Brevetto nazionale
    Inventori: Barbara Bonelli Edoardo Garrone