MECHANISTIC INVESTIGATION OF GREEN CATALYSTS FOR SUSTAINABLE REACTIONS VIA OPERANDO X-RAY ABSORPTION SPECTROSCOPY AT AMBIENT PRESSURE

This work investigates advanced catalysts for sustainable reactions, focusing on carbon nitride–based systems and high-entropy oxides, applied to hydrogen evolution, CO₂ reduction and CO oxidation. The research combines rational material design with spectroscopic techniques, particularly soft X-ray absorption spectroscopy (soft-XAS), employed as an element-specific probe of the electronic structure. Complementary techniques such as ATR-FTIR, solid-state NMR, and DFT calculations were integrated to provide a coherent picture of the dynamic processes occurring at catalytic interfaces, linking electronic, vibrational, and structural features to catalytic function. The results highlight the cooperative role of sodium and magnesium with platinum nanoparticles in tuning the photocatalytic performance of PHI and demonstrate how configurational entropy governs the stabilization and reactivity of high-entropy oxides, offering new guidelines for catalyst design toward green energy applications.

Questa tesi affronta lo studio di catalizzatori innovativi per processi sostenibili, con particolare attenzione a sistemi a base di nitruri di carbonio e ossidi ad alta entropia. L’approccio adottato integra la sintesi razionale dei materiali con tecniche spettroscopiche avanzate in condizioni operando e pressione ambiente, in particolare la spettroscopia di assorbimento dei raggi X soffici (soft-XAS), impiegata come sonda elemento-specifica e sensibile alla coordinazione locale e allo stato elettronico. La combinazione con ATR-FTIR, NMR allo stato solido e calcoli DFT ha permesso di ottenere una visione coerente dei processi dinamici alle interfacce catalitiche, correlando struttura elettronica, vibrazionale e geometrica all’attività catalitica. I risultati dimostrano il ruolo sinergico di sodio, magnesio e nanoparticelle di platino nella fotocatalisi su PHI e rivelano come l’entropia configurazionale influenzi la stabilità e le prestazioni catalitiche degli ossidi ad alta entropia.