La parola "difetto" evoca universalmente qualcosa di negativo, caratteristica indesiderabile, ma i ricercatori dell'Energy Safety Research Institute (ESRI) della Swansea University hanno un'opinione diversa:nel regno dei materiali nanoporosi, i difetti possono essere messi a frutto, se uno sa domarli.

Strutture organiche in metallo

Un team guidato dal Dott. Marco Taddei, Marie Sklodowska-Curie Actions Fellow presso la Swansea University, sta studiando come le proprietà delle strutture metallo-organiche, una classe di materiali simili a spugne microscopiche, possono essere regolati sfruttando i loro difetti per renderli migliori nel catturare la CO2.

Il Dr. Taddei ha detto:"Strutture metallo-organiche, o MOF, sono materiali estremamente interessanti perché pieni di spazi vuoti che possono essere utilizzati per intrappolare e contenere i gas. Inoltre, la loro struttura può essere manipolata a livello atomico per renderli selettivi verso determinati gas, nel nostro caso CO2."

"I MOF contenenti l'elemento zirconio sono speciali, nel senso che possono sopportare la perdita di molti collegamenti senza crollare. Consideriamo questi difetti come un'interessante opportunità per giocare con le proprietà del materiale".

I ricercatori hanno continuato a studiare come i difetti prendono parte a un processo noto come "scambio post-sintetico", una procedura in due fasi per cui un MOF viene inizialmente sintetizzato e poi modificato mediante lo scambio di alcuni componenti della sua struttura. Hanno studiato il fenomeno in tempo reale utilizzando la risonanza magnetica nucleare, una tecnica di caratterizzazione comune in chimica. Ciò ha permesso loro di comprendere il ruolo dei difetti durante il processo.

Il nuovo studio appare sulla rivista internazionale ad alto impatto Angewandte Chemie .

"Abbiamo scoperto che i difetti sono siti molto reattivi all'interno della struttura del MOF, e che la loro modifica influisca in modo unico sulla proprietà del materiale." ha detto il Dr. Taddei "Il fatto che abbiamo fatto questo facendo ampio uso di una tecnica che è facilmente accessibile a qualsiasi chimico in tutto il mondo è a mio parere uno dei i punti salienti di questo lavoro."

Ricerca ESRI

Direttore dell'ESRI, Il professor Andrew Barron è coautore del lavoro, ha detto:"Nell'ESRI, i nostri sforzi di ricerca si concentrano sull'impatto sul modo in cui produciamo energia, rendendolo pulito, sicuro e conveniente. Però, siamo ben consapevoli che il progresso nella ricerca applicata è possibile solo attraverso una profonda comprensione dei fondamenti. Questo lavoro va esattamente in quella direzione".

Lo studio è una prova di concetto, ma questi risultati gettano le basi per il lavoro futuro, finanziato dall'Engineering and Physical Sciences Research Council. I ricercatori vogliono imparare come manipolare chimicamente le strutture difettose per sviluppare nuovi materiali con prestazioni migliorate per la cattura di CO2 dai gas di scarico delle acciaierie, in collaborazione con Tata Steel e University College Cork.

"Ridurre le emissioni di CO2 derivanti dalla produzione di energia e dai processi industriali è imperativo per prevenire gravi conseguenze sul clima, " afferma il co-autore Dott. Enrico Andreoli, Senior Lecturer presso la Swansea University e leader del gruppo di cattura e utilizzo della CO2 all'interno di ESRI, "Gli sforzi del nostro gruppo mirano allo sviluppo di nuovi materiali per catturare in modo efficiente la CO2 e di processi convenienti per convertire questa CO2 in prodotti di valore".

Dottor Taddei, Il professor Barron e il dottor Andreoli sono gli organizzatori del 1° Workshop europeo sulla chimica dei fosfonati metallici, che si terrà all'ESRI il 19 settembre 2018.