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Struttura del composto Zn4O(BDC)3 (noto come MOF-5), dove BDC2−=1,4-benzenedicarbossilato. Le sfere colorate indicano gli spazi vuoti all'interno della struttura.[1]
Struttura del composto Cu3(TMA)2(H2O)3 (noto come HKUST-1), dove TMA=benzene-1,3,5-tricarbossilato. Le sfere colorate indicano gli spazi vuoti all'interno della struttura.[2]

I metal organic frameworks (MOFs), termine traducibile con reticoli metallorganici o strutture metallorganiche,[3] sono materiali cristallini costituiti da ioni o cluster metallici coordinati a leganti organici rigidi in modo da formare strutture mono-, bi- o tridimensionali con porosità molto elevata. Lo spazio vuoto all'interno del materiale può raggiungere il 90% del volume del materiale, con aree superficiali interne molto elevate, anche oltre i 6 000 /g.[4] I MOFs possono essere sintetizzati a partire da una gran varietà di componenti organici e inorganici, ottenendo strutture diversissime. Per queste caratteristiche i MOFs sono ritenuti composti molto interessanti dato che negli spazi vuoti all'interno della struttura si possono immagazzinare gas come idrogeno, metano e diossido di carbonio. Altri possibili campi di applicazione riguardano la purificazione e la separazione di gas, la catalisi e la sensoristica.[5][6]

Da un punto di vista più formale, un MOF è definito dalla IUPAC come un reticolo di coordinazione con leganti organici, contenente spazi vuoti potenziali. A sua volta un reticolo di coordinazione è definito come (a) un composto di coordinazione che si estende in una dimensione utilizzando unità di coordinazione che si ripetono, ma con reticolazioni tra due o più catene, cicli o legami spiro individuali, oppure come (b) un composto di coordinazione che si estende in due o tre dimensioni con unità di coordinazione che si ripetono.[7]

SintesiModifica

Il primo a sintetizzare questi nuovi materiali fu Omar Yaghi all'Università della California, Los Angeles alla fine degli anni novanta.[8][9] La metodologia di sintesi dei MOFs si è sviluppata a partire dalle conoscenze sulle zeoliti. I MOFs sono stati inizialmente sintetizzati con metodi di tipo idrotermico, dove i cristalli si accrescono lentamente in una soluzione mantenuta ad alta temperatura. In seguito i MOFs sono stati ottenuti anche con altri metodi sintetici, utilizzando ad esempio microonde, ultrasuoni, o metodi elettrochimici. La struttura così ottenuta può essere ulteriormente modificata anche in seguito (modificazioni postsintetiche).[4]

La Tabella 1 esemplifica alcuni leganti organici impiegati nella sintesi dei MOFs. I leganti più comuni appartengono alla classe dei carbossilati, ma sono stati usati anche azoli e fosfonati.

Tabella 1. Alcuni leganti usati nella sintesi dei MOFs
Nome comune Nome IUPAC Formula chimica Formula di struttura
Acido ossalico acido etandioico HOOC-COOH  
Acido succinico acido 1,4-butandioico HOOC-(CH2)2-COOH  
Acido tereftalico acido 1,4-benzendicarbossilico C6H4(COOH)2  
Acido trimesico acido 1,3,5-benzentricarbossilico C9H6O6  
1,2,3-triazolo 1H-1,2,3-triazolo C2H3N3  

NoteModifica

BibliografiaModifica

Voci correlateModifica

  Portale Chimica: il portale della scienza della composizione, delle proprietà e delle trasformazioni della materia