Utilizzo e caratteristiche dei MOFs progettati da Omar Mwannes Yaghi
I Materiali MOFs, acronimo di Metal-Organic Frameworks, sono stati sviluppati da Omar Mwannes Yaghi, un chimico giordano dell’Università della California. Questi materiali cristallini porosi sono caratterizzati da ioni metallici, gruppi di ioni metallici o cluster metallici coordinati con specifici leganti bi o polidentati, noti come linkers.
Indice Articolo
Caratteristiche distintive dei MOFs
Una delle principali peculiarità dei MOFs è la loro capacità di adsorbimento, che li rende superiori a materiali convenzionali come il carbone attivo e le zeoliti, grazie alla loro elevata stabilità termica. La struttura di un MOF è composta da una successione di leganti e nuclei metallici uniti da legami covalenti. La ricerca sui MOFs rappresenta un campo altamente promettente nella chimica del XXI secolo, grazie alla loro straordinaria porosità che può arrivare fino al 90% del volume totale, offrendo un’elevata area superficiale disponibile.
Composizione e sintesi
Di solito, i MOFs impiegano ioni di metalli di transizione con un numero di coordinazione che varia tra 2 e 7, insieme a linkers organici composti da anioni carbossilato o eterocicli azotati come triazoli, bipyridine e imidazoli. Le condizioni di sintesi dipendono dal metallo e dal legante utilizzati, e le sintesi possono avvenire con metodi convenzionali o con l’ausilio di tecniche innovative come ultrasuoni e microonde. Applicazioni
Gli MOFs hanno una vasta gamma di applicazioni grazie alla possibilità di modificare le loro proprietà chimiche interne dopo la sintesi. Questi materiali mostrano potenziali utilizzi in settori come l’adsorbimento selettivo di molecole, la separazione di gas, la catalisi, la stoccaggio di idrogeno e molto altro. Inoltre, recenti scoperte hanno evidenziato la presenza di MOFs in minerali rari trovati nelle miniere di carbone siberiane, come la stepanovite e zhemchuzhnikovite, ampliando il nostro campo di conoscenza su questi materiali innovativi.
L’utilizzo dei MOF nella chimica
I
materiali porosi ibridi organo-metallici (MOF)
offrono interessanti possibilità, tra cui l’immagazzinamento di sostanze come idrogeno, metano, idrocarburi e biossido di carbonio, oltre all’utilizzo in processi di separazione industriale. Un esempio emblematico è il MOF-177, costituito dallo ione poliatomico [Zn4O]+ legato al benzenetribenzoato, impiegato per l’immagazzinamento di idrogeno gassoso. Tuttavia, l’efficace utilizzo dell’idrogeno come sistema di stoccaggio è complesso a causa delle costose trasformazioni energetiche coinvolte.Ricerca sui MOF
Iniziati negli anni ’90, i MOF sono oggetto di intensa ricerca. L’obiettivo è sviluppare nuovi materiali e applicazioni che spaziano dalle spugne molecolari ai catalizzatori, fino all’impiego nel settore farmaceutico per la formulazione di farmaci a rilascio prolungato e nell’energia solare proveniente da impianti fotovoltaici.
Stoccaggio dell’idrogeno
Il
stoccaggio dell’idrogeno
rappresenta una sfida, specialmente per l’alimentazione delle celle a combustibile. Molti studi si sono concentrati sull’impiego di idruri o alanati, come l’alanato di sodio, che rilascia idrogeno attraverso reazioni di decomposizione e ricombinazione complesse. Tuttavia, tali composti non si sono dimostrati idonei per applicazioni commerciali, stimolando la ricerca verso nuove possibilità.Un esempio è il MOF-177, sintetizzato a partire da acido feniltribenzoico e acetato di zinco biidrato, utilizzando dietilformammide come reagente. Dopo un processo di filtrazione e trattamento con cloroformio per rimuovere impurità, si ottiene un materiale poroso adatto per varie applicazioni.
Per saperne di più sui
