L'annuncio del Comitato Nobel punta i riflettori su tre riferimenti nella chimica dei materialiSusumu Kitagawa, Richard Robson e Omar M. Yaghi. Il loro lavoro ha dato vita a una famiglia di compositi porosi in grado di realizzare cose che solo di recente sembravano fantascienza.
Queste strutture, note come MOF, consentono creare enormi spazi interni su scala molecolare in cui le sostanze vengono catturate, separate o trasformate. Dalla cattura dell'anidride carbonica all'estrazione di acqua dall'aria nelle aree desertiche, la loro versatilità ha cambiato le carte in tavola.
Chi sono i vincitori e cosa hanno contribuito a fare?
Richard Robson ha aperto la strada nel 1989 con montature cristalline con geometria simile al diamante, realizzate collegando ioni metallici con molecole organiche a quattro bracci. Queste reti offrivano immensi vuoti, sebbene fossero caratterizzate da instabilità.
Nei primi anni '90, Susumu Kitagawa dimostrò che i gas potrebbero entrare e uscire da questi materiali e prevedeva che si potessero progettare versioni flessibili, capaci di rispondere all'ambiente come se fossero una molla molecolare.
Omar M. Yaghi consolidò il campo a metà degli anni '90: coniò il termine MOF e introdusse strutture straordinariamente stabiliNel 1999, con il rivoluzionario MOF-5, dimostrò che era possibile combinare enormi pori con un'insolita robustezza termica.
La giuria sottolinea che i tre vincitori hanno creato “nuovi spazi per la chimica”, offrendo una metodologia che consente di regolare le dimensioni e la funzionalità dei pori con un elevato grado di controllo. Si divideranno un finanziamento di 11 milioni di corone svedesi.
Cosa sono i MOF e a cosa servono?
I MOF sono reti tridimensionali dove gli ioni metallici agiscono come nodi e le lunghe molecole organiche come leganti, formando cristalli con cavità giganti al loro interno. Queste cavità ospitano, separano o guidano le molecole a seconda delle necessità.
Con il design isoreticolare, la comunità ha costruito decine di migliaia di varianti: il metallo viene modificato, il legante viene messo a punto o viene introdotta una funzione chimica specifica per "programmare" il materiale.
L'immagine più ripetuta per descriverli è quella di “spugne molecolari”: molto poroso, con un'enorme superficie interna. Pochi grammi di un MOF ben progettato equivalgono, in termini di superficie interna, a qualcosa di grande quanto un campo da calcio.
Questa architettura consente utilizzi già testati in laboratorio e su progetti pilota: Cattura di CO2, stoccaggio dell’idrogeno o metano, contenimento di gas tossici, catalizzazione di reazioni o filtraggio di inquinanti organici persistenti (come i PFAS) dall'acqua.
- Raccolta dell'acqua atmosferica: MOF idrofili intrappolano il vapore di notte e lo rilasciano con il sole.
- Controllo delle emissioni: materiali commerciali già trattenere la CO2 nelle correnti industriali.
- Salute e ambiente: alcuni MOF incapsulare gli enzimi o scomporre le tracce di droga.
- Energia: alcune famiglie facilitano macelleria seguro di gas combustibili.
Gli esperti consultati concordano sul suo potenziale trasformativo: le voci del Comitato Nobel sottolineano opportunità senza precedenti per produrre materiali personalizzati, mentre i ricercatori in Spagna ne evidenziano l'impatto sulla cattura del carbonio e sulle applicazioni biomediche.
La ricerca ha fatto progressi con traguardi quali MOF-5 e “chimica reticolare”e oggi si stanno esplorando progetti con proprietà magnetiche, elettriche o ottiche e persino con il supporto dell'intelligenza artificiale per inventare nuove strutture.
Il settore sta già testando soluzioni basate su MOF per semiconduttori, purificazione dell'acqua o neutralizzazione di gas nocivi, mentre gli impianti pilota crescono e si investe per aumentare la produzione di questi materiali.
Dopo tre decenni di progressi, il campo è passato dalla fragilità iniziale a piattaforme stabili e progettabili, in grado di rispondere alle sfide climatiche, energetiche e ambientali con soluzioni prima impensabili.
La decisione del vincitore del premio Nobel riconosce un cambiamento di paradigma: costruire la materia come se fosse un'impalcatura su misura, combinando il meglio della chimica di coordinazione e della chimica organica per aprire uno spazio crescente all'innovazione.
