Determinate reazioni di bioraffineria richiedono catalizzatori dotati di attività acida, redox o mista, buona selettività ed elevata stabilità delle prestazioni in varie condizioni operative (ambiente acquoso, temperature intermedie, anche > 100 °C, pressioni relativamente elevate).
La progettazione e la sintesi sol-gel di materiali a base di ossidi consentono la produzione sostenibile e potenzialmente scalabile di catalizzatori solidi adatti a specifiche trasformazioni.

Processi catalitici di bioraffineria rappresentano un'opportunità per trasformare selettivamente biomasse (preferibilmente di scarto) e loro derivati in biocombustibili e altri prodotti a valore aggiunto. Reazioni fondamentali in questo ambito, quali idrolisi, disidratazioni, esterificazioni e idrogenazioni, necessitano di catalizzatori eterogenei con proprietà acide e/o riduttive specifiche ed elevata stabilità. La sintesi sol-gel di ossidi misti consente la modulazione della composizione, struttura e proprietà superficiali dei materiali, e dunque della loro attività catalitica.
La ricerca condotta si concentra su materiali nanostrutturati nei quali specie attive sono disperse in una matrice porosa di ossido di silicio mediante procedure di sintesi in linea con la chimica verde. Nello specifico, sono oggetto di studio fosfati di metalli di transizione (titanio, zirconio, niobio) che offrono significativa acidità, con forza e tipologia di siti acidi variabile, e nanoparticelle di metalli come il rutenio, che garantisce elevata attività in reazioni riduttive. I materiali prodotti sono testati in reazioni di rilievo industriale, quali l’idrolisi di polisaccaridi (su ossidi misti Ti-P-Si, Zr-P-Si e Nb-P-Si) e l’idrogenazione di monosaccaridi a polioli (su Ru/silice). L’analisi delle caratteristiche chimico-fisiche, morfologiche e superficiali dei materiali ottenuti consente di comprendere i fattori chiave per l’efficienza e stabilità dei catalizzatori, al fine di ottimizzarle.

Sviluppo di protocolli di sintesi sol-gel semplici, economici, sostenibili e facilmente scalabili per almeno due differenti materiali catalitici a base di ossidi, la cui sia sintesi sia stata realizzata su scala di decine di grammi con elevata resa e riproducibilità, e la cui attività per reazioni di conversione di derivati di biomasse sia stata validata in scala da laboratorio.