Il Premio Nobel Chimica 2025 a a Susumu Kitagawa, Richard Robson e Omar M. Yaghi
Il Premio Nobel per la Chimica 2025 è stato assegnato a Susumu Kitagawa, Richard Robson e Omar M. Yaghi per il loro pionieristico sviluppo delle strutture metallo-organiche (MOF). Questi materiali rivoluzionari, caratterizzati da un’architettura molecolare porosa, promettono di risolvere alcune delle più grandi sfide globali, dalla cattura di CO₂ alla raccolta di acqua nel deserto.
Scopriamo insieme cosa sono le strutture metallo-organiche, come funzionano e perché il Premio Nobel Chimica 2025 è così importante per il nostro futuro.
Cosa sono le strutture Metallo-Organiche (MOF)?
Le strutture metallo-organiche, conosciute anche con l’acronimo MOF (dall’inglese Metal-Organic Frameworks), sono materiali cristallini composti da ioni metallici collegati tra loro da molecole organiche (linker).
Immaginatele come un “Lego molecolare”: assemblando mattoncini diversi (metalli e linker), è possibile costruire infinite strutture tridimensionali, ordinate e incredibilmente porose.
La loro caratteristica principale sono le enormi cavità interne, che conferiscono a questi materiali una superficie interna vastissima. Per dare un’idea, solo due grammi di un MOF possono avere una superficie interna pari a quella di un intero campo da calcio. Questa proprietà li rende eccezionali “spugne molecolari”, capaci di assorbire, immagazzinare e rilasciare gas e altre sostanze chimiche in modo controllato.
I vincitori del Premio Nobel per la Chimica 2025
Il prestigioso riconoscimento è stato conferito a tre scienziati le cui scoperte, avvenute in modo indipendente, hanno gettato le fondamenta per questo campo di ricerca.
- Richard Robson: pioniere che per primo, nel 1989, ha avuto l’intuizione di creare strutture ordinate e spaziose combinando ioni metallici e molecole organiche, anche se i suoi primi materiali erano instabili.
- Susumu Kitagawa: ha dimostrato che i gas possono fluire dentro e fuori dai MOF senza alterarne la struttura e ha introdotto il concetto di flessibilità, creando materiali “morbidi” in grado di cambiare forma.
- Omar M. Yaghi: ha sintetizzato i primi MOF eccezionalmente stabili e spaziosi (come il celebre MOF-5) e ha introdotto il concetto di “progettazione razionale”, dimostrando che è possibile costruire MOF con proprietà specifiche e desiderate.
<<Le strutture metallo-organiche hanno un potenziale enorme, offrendo opportunità inaspettate per materiali personalizzati con nuove funzioni>>, ha dichiarato Heiner Linke, presidente del Comitato Nobel per la chimica.
La storia dei MOF: dall’idea di Robson all’applicazione
L’idea nacque a metà degli anni ’70 da un semplice modello in legno.
Mentre costruiva modelli di atomi per le sue lezioni, Richard Robson capì che la disposizione specifica dei legami chimici poteva essere sfruttata per assemblare molecole in modo ordinato.
Nel 1989, testò questa idea combinando ioni rame con una molecola a quattro bracci, creando un cristallo simile a un diamante ma pieno di cavità. Sebbene la struttura fosse instabile, Robson ne comprese l’enorme potenziale futuro.
La svolta di Kitagawa e Yaghi
Molti scienziati ritenevano queste strutture poco utili. Tuttavia, Susumu Kitagawa e Omar Yaghi portarono avanti la ricerca.
- Nel 1997, Kitagawa creò MOF con canali aperti in grado di assorbire e rilasciare gas come metano e ossigeno, dimostrando la loro permeabilità e flessibilità.
- Nel 1999, Yaghi presentò il MOF-5, un materiale straordinariamente stabile e poroso, che poteva resistere a temperature fino a 300°C anche da vuoto. La sua ricerca ha dimostrato che è possibile progettare MOF su misura per applicazioni specifiche, come l’immagazzinamento di metano o la cattura di acqua dall’aria del deserto.
Susumu Kitagawa e Omar Yaghi gettarono le basi solide per questo metodo di costruzione, realizzando, separatamente, una serie di scoperte rivoluzionarie tra il 1992 e il 2003. Kitagawa dimostrò che i gas possono fluire dentro e fuori da queste strutture metallo-organiche e predisse che i MOF avrebbero potuto essere resi flessibili.
Yaghi, d’altra parte, creò un MOF estremamente stabile e provò che la sua progettazione razionale permetteva di modificarlo, conferendogli proprietà nuove e desiderabili per diverse applicazioni.
Grazie a queste scoperte, oggi esistono decine di migliaia di MOF diversi, ognuno con proprietà uniche.
Come funzionano le strutture metallo-organiche (MOF) e quali sono le applicazioni?
Il funzionamento dei MOF dipende dalla loro architettura molecolare unica. Le ampie cavità interne agiscono come siti attivi dove le molecole possono essere catturate, immagazzinate o trasformate.
Le principali applicazioni includono
- Cattura e Stoccaggio di Gas: possono assorbire gas serra come l’anidride carbonica (CO₂) direttamente dalle ciminiere industriali, contribuendo alla lotta contro il cambiamento climatico.
- Immagazzinamento di Carburanti: i MOF possono immagazzinare grandi quantità di gas come idrogeno e metano a pressioni più basse e sicure, un passo fondamentale per i veicoli a energia pulita.
- Raccolta di Acqua potabile: alcuni MOF possono catturare il vapore acqueo presente nell’aria, anche in climi desertici, per poi rilasciarlo come acqua liquida quando riscaldati dal sole.
- Filtrazione e Purificazione: sono in grado di filtrare inquinanti dall’acqua o gas tossici dall’aria, inclusi quelli usati in armi chimiche o come sottoprodotti industriali.
- Catalisi: le loro cavità possono accelerare reazioni chimiche, rendendo i processi industriali più efficienti e sostenibili.
- Applicazioni Biomediche: vengono studiati per il rilascio controllato di farmaci direttamente nelle cellule malate e per la sensoristica medica.
Sebbene molte di queste applicazioni siano ancora in fase di test su piccola scala, il loro potenziale è immenso. L’industria elettronica sta già utilizzando i MOF per contenere gas tossici necessari alla produzione di semiconduttori.
