C'è un urgente bisogno di controllare i materiali a livello molecolare per produrre "materiali su richiesta". Una strategia per sviluppare tali materiali è in via di sviluppo nella chimica reticolare, derivato dalla traduzione latina "reticulum" come "avente la forma di una rete". La strategia collega unità edilizie discrete (molecole e cluster) tramite legami per creare strutture cristalline grandi ed estese. Le strutture metallo-organiche (MOF) sono la classe di materiali più importante nel campo della chimica reticolare. così cristallino, le strutture estese sono costruite unendo insieme cluster polinucleari inorganici noti come unità di costruzione secondaria (SBU) e linker organici tramite forti legami.

Gli ultimi due decenni hanno visto una crescita esplosiva nel campo dei MOF, con più di 84, 185 strutture MOF documentate nel Cambridge Crystallographic Data Centre. Una raccolta di articoli sulla sintesi, la struttura e l'applicazione dei MOF continuano ad essere pubblicate ogni anno. L'approccio SBU ha fatto avanzare la chimica MOF come il contributo più significativo al rapido sviluppo osservato nel campo. Molte sintesi MOF, le indagini e le applicazioni derivano dall'approccio SBU. Ora rivedendo il campo della chimica MOF per Progressi scientifici , Markus Kalmutzki, Nikita Hankel e Omar M. Yaghi – recentemente insigniti del BBVA Foundation of Frontiers of Knowledge Award nella categoria Basic Sciences – considerano la storia dei MOF e delle loro applicazioni che sono emerse tramite l'approccio SBU.

Le strutture metallo-organiche (MOF) sono un'affascinante classe di materiali altamente porosi. Sono strutturalmente composti da ioni/cluster metallici e linker organici per una promettente diversità funzionale in una varietà di campi. Le proprietà includono la loro cristallinità unica, porosità sintonizzabile e diversità strutturale. Le prestazioni dei MOF sono state evidenziate in diverse applicazioni come lo stoccaggio di gas, rilevamento della catalisi e somministrazione di farmaci. In particolare, Le SBU svolgono un ruolo importante nell'assorbimento del vapore, come riportato con elevato assorbimento d'acqua. La diversità strutturale dei MOF dipende dalle SBU con lavori futuri previsti per applicazioni industriali tra cui assorbimento e separazione di gas, raccogliere acqua dall'aria, bioimmagini e terapie.

In base alla progettazione, nodi di cluster polinucleari, note anche come SBU, sono in grado di impartire (1) stabilità termodinamica tramite forti legami covalenti e (2) stabilità meccanica/architettura da forti legami direzionali che possono bloccare la posizione dei centri metallici nelle strutture metallo-organiche. Questa proprietà contrasta con quelle dei singoli nodi metallici instabili e non direzionali che formavano legami deboli con linker donatori organici neutri.

In contrasto con il metodo imprevedibile della chimica organica sintetica tradizionale, dove esiste poca o nessuna correlazione tra la struttura dei materiali di partenza e dei prodotti, esiste una maggiore prevedibilità nella chimica MOF, in quanto progettati con topologie predeterminate. Nel processo sintetico, vengono determinate le unità chimiche necessarie per costruire la rete selezionata. La diversità strutturale osservata nella chimica MOF deriva da un'ampia varietà di geometrie SBU disponibili; strutture specifiche possono essere progettate scegliendo unità immobiliari opportunamente sagomate e dimensionate.

Gli autori hanno quindi dettagliato diversi metodi di sintesi MOF, la loro complessità, strutture chimiche e applicazioni che hanno avuto origine da unità edilizie secondarie durante lo sviluppo del MOF. In pratica, I MOF possono essere utilizzati per lo stoccaggio e la separazione di gas con implicazioni specifiche per separare l'anidride carbonica e altri gas serra per la sostenibilità ambientale. Le strutture metalliche organiche possono anche formare catalizzatori eterogenei versatili per trasformazioni organiche efficienti, essere utilizzati come sensori luminescenti e nella consegna del carico di farmaci per la terapia del cancro.

Le applicazioni in diversi campi sono state rese possibili dalla porosità inerente ai MOF, reso possibile dall'approccio SBU. La natura chimica inerente a MOF e SBU che ha portato allo sviluppo delle proprietà di adsorbimento, separazione e catalisi sono state poi ulteriormente sezionate all'interno della revisione. L'accessibilità dello spazio dei pori all'interno di strutture a struttura aperta ha consentito le applicazioni osservate per i MOF in diversi campi. La base per i MOF è legata alla capacità di manipolare la materia con una precisione precedentemente nota solo nella chimica molecolare ben consolidata.

La cristallinità e la porosità della struttura è stata completamente preservata durante la costruzione, portando allo sviluppo di "cristalli come molecole". L'introduzione dell'approccio SBU è stato un punto di svolta che ha consentito l'estensione della chimica di precisione da complessi molecolari e polimeri in strutture 2-D e 3-D, progettare strutture razionali utilizzando unità edilizie funzionali. I recenti progressi nel campo della sintesi MOF confermano il potenziale per tradurre le proprietà delle unità edilizie funzionali in un quadro strutturale. Tali proprietà includono il carattere ottico lineare e non lineare, magnetismo, conducibilità e catalisi. I recenti progressi nella chimica computazionale possono anche aiutare a comprendere le proprietà dei materiali e prevedere strutture che possono essere costruite con il carattere mirato.

Complessità ed eterogeneità possono essere integrate all'interno dei MOF come recentemente proposto, per esplorare e analizzare il loro impatto sulla struttura e nelle proprietà risultanti, nel futuro. Sia la complessità che l'eterogeneità consentono di ampliare ulteriormente la portata delle strutture, fornendo accesso a materiali con un grande potenziale per aumentare le prestazioni. Il controllo della distribuzione spaziale delle diverse funzionalità organiche e degli ioni metallici può portare a sequenze di progettazione all'interno o lungo la dorsale MOF. Le disposizioni spaziali previste possono essere ottenute integrando più SBU con modelli di legame specifici direttamente nella formazione della struttura per un singolo materiale, o tramite metodi post-sintetici. La realizzazione di questa visione può dare origine a materiali specifici della sequenza progettati in MOF per svolgere le funzioni previste. L'introduzione della SBU segna un punto di svolta nello sviluppo della chimica MOF e continuerà a svolgere un ruolo chiave nel loro sviluppo futuro per accedere a nuove strutture, proprietà e applicazioni.

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