Redazione
Raccolgono acqua dall’aria del deserto, catturano anidride carbonica, immagazzinano gas tossici e favoriscono nuove reazioni chimiche. Stiamo parlando delle strutture metallo-organiche sviluppate da Susumu Kitagawa, Richard Robson e Omar M. Yaghi, i tre vincitori del Premio Nobel per la Chimica 2025 grazie ai quali si potrà sperare in un mondo meno inquinato e più sostenibile.
Chi ha vinto il Nobel per la Chimica 2025
I protagonisti del Nobel per la Chimica di quest’anno sono tre docenti universitari:
• Susumu Kitagawa, giapponese di Kyoto, è nato nel 1951 e insegna all’Università di Kyoto.
• Richard Robson, classe 1937, è nato a Glusburn, nel Regno Unito e insegna all’Università di Melbourne, in Australia.
• Omar M. Yaghi, del 1965, è nato ad Amman, in Giordania ed è professore all’Università della California a Berkeley, negli Stati Uniti.
Nobel per la Chimica 2025: cosa sono i “Mof”
Le strutture metallo-organiche – in inglese metal-organic frameworks, alias “Mof” – sono stati definiti dal Comitato Nobel come una nuova forma di “architettura molecolare” e promettono di rivoluzionare l’ambiente, permettendo di sperare in un mondo meno inquinato e più sostenibile.
L’innovazione risiede nella creazione di costruzioni molecolari con ampi spazi che le attraversano, attraverso i quali gas e altre sostanze chimiche possono fluire liberamente. Le strutture metallo-organiche sono cristalli porosi che si formano dall’unione di ioni metallici e lunghe molecole a base di carbonio. In questa organizzazione strutturale, gli ioni metallici agiscono come pietre angolari, collegate dalle molecole organiche. Il risultato è la formazione di materiali con grandi “buchi” e un enorme potenziale di azione.
Gli scienziati hanno lavorato indipendentemente su queste strutture sin dagli anni ’70 e ’80. Richard Robson, uno dei pionieri, ebbe l’intuizione di sfruttare le proprietà specifiche degli atomi per costruire nuove strutture molecolari, anche se le sue prime costruzioni, ispirate alla struttura del diamante, risultarono instabili. Egli dimostrò che gli ioni potevano attraversare i buchi lasciati nelle costruzioni molecolari, intuendo il loro potenziale per ottimizzare il contenimento di diverse sostanze.
La svolta: il design razionale
La vera svolta arrivò con Omar M. Yaghi, che dimostrò la possibilità di modificare le strutture metallo-organiche in un modo razionale. Questo metodo consente agli scienziati di decidere in anticipo quali specifiche proprietà si desidera che il materiale abbia.
Yaghi presentò nel 1999 il Mof-5, un materiale eccezionalmente spazioso e stabile. Due soli grammi di Mof-5, anche se vuoto, possono ospitare un’area vuota pari a quella di un campo da calcio. Sfruttando il design razionale, Yaghi ha creato 16 varianti del Mof-5 con cavità appositamente dimensionate.
Il potenziale per la sostenibilità ambientale
Grazie alla loro capacità di essere creati su misura, i Mof offrono soluzioni concrete ai problemi ambientali:
- Mitigazione del clima: diverse aziende stanno testando questi materiali per catturare le emissioni di Co2 dagli scarichi industriali o dalle centrali elettriche. Possono, inoltre, immagazzinare enormi volumi di gas metano.
- Sicurezza idrica e depurazione: sono in grado di raccogliere acqua dall’aria nel Deserto dell’Arizona. Il meccanismo sfrutta la temperatura: il Mof cattura il vapore acqueo di notte, e all’alba, quando il sole riscalda il materiale, l’acqua assorbita viene recuperata.
Possono inoltre essere usati per separare i Pfas (composti chimici industriali dannosi e di difficile degradazione) dall’acqua. - Bio-risanamento e sicurezza: alcune di queste strutture possono portare in giro enzimi capaci di demolire ogni traccia di antibiotici dispersi nell’ambiente. Altri Mof sono in grado di demolire i gas dannosi.
Prospettive future
Nonostante il potenziale, le proprietà eccezionali dei Mof sono state verificate solo su piccola scala finora. Per estendere il loro uso a scopi pratici, sono necessari massicci investimenti per la loro produzione.
Tuttavia, il loro impiego è già iniziato nell’industria, dove vengono utilizzati, ad esempio, per contenere alcuni dei gas tossici necessari nella produzione dei semiconduttori. La capacità dei Mof di creare materiali flessibili e stabili conferma che rappresentano una frontiera cruciale per affrontare le sfide globali e garantire un futuro migliore.
