MILANO - Il giapponese Susumu Kitagawa, l’inglese Richard Robson e il giordano Omar M. Yaghi hanno vinto il premio Nobel per la chimica 2025 per lo “sviluppo dei reticoli metallorganici”, strutture composte da molecole contenenti carbonio e ioni metallici capaci di immagazzinare gas nelle loro cavità.
Ma cosa sono i reticoli metallorganici? Quale contributo posso dare alla sostenibilità ambientale? Scopriamolo di seguito.
Cosa sono i reticoli metallorganici (MOF)
I reticoli metallorganici (MOF dall'inglese Metal-Organic Frameworks) sono una classe di materiali porosi il cui reticolo è costruito da nodi metallici (ioni o cluster metallici) collegati in modo ordinato da leganti organici. Questa architettura modulare e altamente controllabile dà origine a strutture cristalline con pori interni di dimensioni precise e personalizzabili, offrendo una piattaforma unica per l'interazione selettiva con gas e molecole inquinanti. La loro struttura può essere paragonata a un'impalcatura molecolare con un vasto spazio vuoto interno.
I MOF rappresentano una frontiera rivoluzionaria nel campo dei materiali avanzati, emergendo come strumenti potenti e versatili per affrontare alcune delle più urgenti sfide della sostenibilità ambientale. Questi materiali ibridi cristallini, formati dall'auto-assemblaggio di ioni metallici (nodi) e molecole organiche (leganti), si distinguono per l'elevatissima area superficiale e la porosità sintonizzabile, proprietà che li rendono candidati ideali per una vasta gamma di applicazioni ecologiche.
MOF e contributo alla sostenibilità ambientale
Il potenziale dei MOF si manifesta in diversi settori chiave per la salvaguardia dell'ambiente e lo sviluppo di soluzioni più sostenibili.
1. Purificazione dell'acqua e decontaminazione
I MOF offrono soluzioni all'avanguardia per la rimozione di un'ampia varietà di contaminanti:
- Assorbimento di Inquinanti: frazie alla loro elevata area superficiale, i MOF sono eccellenti adsorbitori. Alcuni progetti stanno studiando l'uso di MOF magnetici per facilitare il recupero del materiale dopo l'uso.
- Fotocatalisi: diversi MOF possono agire come fotocatalizzatori, utilizzando la luce solare per degradare e mineralizzare gli inquinanti organici in composti meno dannosi, contribuendo a processi di purificazione dell'acqua più efficienti e a basso consumo energetico.
2. Cattura e separazione dei gas
Nella lotta al cambiamento climatico e all'inquinamento atmosferico, i MOF giocano un ruolo cruciale:
- Cattura della CO2: i MOF sono considerati materiali altamente promettenti per la cattura e lo stoccaggio del carbonio (CCS). Le loro cavità porose possono essere ingegnerizzate per catturare in modo efficiente e selettivo la CO2 dai gas di scarico industriali o direttamente dall'aria, un aspetto fondamentale per la riduzione delle emissioni di gas serra.
- Rimozione di inquinanti atmosferici: Sono efficaci nell'adsorbire e separare altri inquinanti gassosi, inclusi i Composti Organici Volatili (COV), migliorando la qualità dell'aria.
3. Stoccaggio di energia e carburanti
Il passaggio a un'economia a energia pulita dipende dallo sviluppo di tecnologie di stoccaggio più efficienti:
- Stoccaggio di idrogeno e metano: la grande porosità e l'area superficiale dei MOF li rendono eccellenti per immagazzinare quantità significative di gas in condizioni più sicure e gestibili, inclusi l'idrogeno e il metano, componenti chiave per l'energia del futuro.
- Tecnologie per l'energia: i MOF sono allo studio anche in dispositivi per l'energia di prossima generazione, come supercondensatori e batterie, contribuendo a rendere lo stoccaggio dell'energia più efficiente.
Limiti e sfide da affrontare
Sebbene i MOF offrano soluzioni ambientali straordinarie, la loro produzione su larga scala deve anch'essa allinearsi ai principi della Chimica Verde (Green Chemistry). Tradizionalmente, la sintesi dei MOF può richiedere l'uso di solventi aggressivi o un elevato consumo energetico. La ricerca si sta concentrando su tecniche di sintesi più sostenibili e sullo sviluppo di MOF che utilizzano leganti derivati da composti presenti in natura e facilmente reperibili, migliorando la sostenibilità economica e ambientale del materiale.
Prospettive future
I reticoli metallorganici sono più che semplici materiali: sono piattaforme multifunzionali che collegano la chimica inorganica e quella organica per affrontare le sfide ambientali. Sviluppi continui nella stabilità (soprattutto in ambienti acquosi), nella rigenerazione e nel riciclo dei MOF, insieme all'ottimizzazione dei processi di sintesi, saranno cruciali per la loro integrazione su larga scala in soluzioni pratiche e durature per un futuro più sostenibile.
Fonti:
S. R. Batten, N. R. Champness, X.-M. Chen, J. Garcia-Martinez e et al., Terminology of metal–organic frameworks and coordination polymers (IUPAC Recommendations 2013)
S. S.-Y. Chui, S. M.-F. Lo, J. P. H. Charmant, A. G. Orpen e I. D. Williams, A Chemically Functionalizable Nanoporous Material
Treccani, reticolo metallorganico
Di Salvatore Galeone
