Susumu Kitagawa, Richard Robson e Omar M. Yaghi hanno sviluppo elementi costitutivi molecolari con spazi sufficientemente ampi da consentire il passaggio di gas e altre sostanze chimiche.
Il loro lavoro apre la strada alla creazione di materiali in grado di separare sostanze chimiche tossiche dalle acque reflue o di raccogliere molecole d’acqua nel deserto.
Il Nobel per la Chimica 2025 riconosce una delle innovazioni più promettenti della scienza dei materiali: i Metal-Organic Frameworks (MOF). Questi reticoli metallo-organici, vere e proprie architetture molecolari tridimensionali, hanno una caratteristica unica: respirano. Trattengono e rilasciano gas, filtrano molecole, catturano anidride carbonica e persino acqua dall’aria. Sono la la prova che la chimica del XXI secolo non si limita più a trasformare la materia.
Cosa sono i MOF?
Strutture cristalline costituite da ioni metallici collegati da leganti organici.
Formano reti tridimensionali con cavità e canali su scala nanometrica.
Superficie interna eccezionale: fino a 10.000 m² per grammo.
Un nuovo paradigma
Il Nobel premia non solo un materiale, ma un modo nuovo di pensare la materia. La chimica dei MOF nasce dall’idea che si possano progettare strutture molecolari come edifici, scegliendo mattoni (ioni metallici) e travi (leganti organici). È una rivoluzione paragonabile a quella del DNA per la biologia: anche la materia può essere scritta e programmata.
Applicazioni principali
Cattura e stoccaggio della CO₂
- Elevata selettività per CO₂ anche in miscele complesse.
- Ideali per carbon capture e direct air capture.
- Sfide: stabilità, costo, durata dei cicli di adsorbimento.
Stoccaggio di idrogeno e metano
- Capacità di accumulo superiore ai materiali convenzionali.
- Operano a pressioni moderate, con maggiore sicurezza.
- Potenziale per trasporti e celle a combustibile.
Estrazione d’acqua dall’aria
- Alcuni MOF (MOF-801, MOF-303) assorbono umidità e la rilasciano come acqua liquida.
- Possibili applicazioni in regioni desertiche o scenari di emergenza idrica.
Catalisi e fotocatalisi
- Funzionano come microreattori molecolari.
- Esempi: idrogenazione selettiva, conversione di CO₂ in metanolo, scissione dell’acqua sotto luce solare.
Le sfide tecniche
- Stabilità: alcuni MOF sono sensibili all’umidità o al calore.
- Scalabilità: difficoltà nel produrre grandi volumi a basso costo.
- Durabilità: decadimento della struttura dopo cicli ripetuti.
- Integrazione: complessa transizione dal materiale in polvere al dispositivo industriale.
Le ricerche più recenti puntano su MOF ibridi, COF (Covalent Organic Frameworks) e compositi più robusti, compatibili con la produzione su larga scala.
Il premio non celebra solo un successo tecnico, ma un cambio di paradigma: la chimica non è più solo trasformazione, ma rigenerazione. L’obiettivo non è produrre di più, ma consumare di meno. I MOF incarnano una scienza capace di armonizzare eleganza teorica, efficienza e sostenibilità.
Fonti e approfondimenti:
Omar M. Yaghi, Reticular synthesis and the design of new materials, Nature, 2003.
Uno dei lavori fondativi della “chimica reticolare”, che ha portato alla nascita dei primi MOF.
Susumu Kitagawa, Functional porous coordination polymers, Angewandte Chemie International Edition, 2004.
Descrive la versatilità dei MOF come materiali funzionali per gas, catalisi e separazione molecolare.
H. Furukawa, K. Cordova, M. O’Keeffe, O.M. Yaghi, The Chemistry and Applications of Metal–Organic Frameworks, Science, 2013.
Una rassegna fondamentale sulle proprietà strutturali, applicazioni ambientali ed energetiche dei MOF.
Y. Wang et al., Recent progress in MOF-based materials for water harvesting from air, Advanced Functional Materials, 2020.
Studio recente sull’uso dei MOF per estrarre acqua dall’umidità atmosferica in ambienti aridi.
Royal Swedish Academy of Sciences, Press Release – Nobel Prize in Chemistry 2025.
Comunicazione ufficiale con la motivazione del premio e il riassunto delle ricerche premiate.
