I gas e gli inquinanti possono essere filtrati dall'aria e dai liquidi mediante filtri porosi, materiali cristallini, come le strutture metallo-organiche (MOF). Per suddividere ulteriormente questi pori e migliorare la loro capacità di assorbimento, un team di scienziati ha sviluppato una strategia sintetica due in uno veloce e versatile, combinando la coordinazione dei metalli con la chimica covalente degli elementi leggeri. Come dettagliato in uno studio sulla rivista Angewandte Chemie , il nuovo materiale suddiviso in pori potrebbe essere utilizzato come adsorbente altamente efficiente dell'ammoniaca.

La struttura dei MOF è una rete coordinativa di metalli con linker organici, che costruisce una rete porosa tridimensionale ampia e simmetrica. I gas possono diffondersi dentro e fuori dai pori. Una volta in un MOF, le molecole di gas adsorbono nei siti di adsorbimento forniti dagli ioni metallici e dalle molecole di collegamento. Però, piccole molecole di gas come CO ₂ , acetilene, e l'ammoniaca non ha bisogno di pori dilatati per essere intrappolata, e si scopre che a volte una rete più densa e più siti di adsorbimento possono aumentare la capacità di un MOF.

Perciò, un team di scienziati guidati da Pingyun Feng presso l'Università della California, STATI UNITI D'AMERICA, ha tentato di partizionare i pori con ligandi covalenti, molecole distanziatrici che si assemblano attraverso reazioni chimiche. Il partizionamento ha l'ulteriore vantaggio di rendere il MOF più stabile. L'instabilità è uno dei motivi per cui i MOF non hanno ancora trovato un uso diffuso, sebbene siano materiali di assorbimento del gas molto più efficienti di, Per esempio, zeoliti e carbone attivo.

La squadra di Feng, tra cui lo studente laureato Yanxiang Wang, ha scelto la molecola aromatica acido piridin-4-boronico come molecola di partizione. Questo è un ligando insolito. Combina due diversi elementi leggeri con reattività complementare:il boro è un acido di Lewis e tende a catturare agenti ad alta densità elettronica, mentre l'azoto piridinico è una base di Lewis alla ricerca di acidi di Lewis con cui reagire. In condizioni normali, queste molecole si attaccherebbero semplicemente a vicenda e provocherebbero molte reazioni non mirate.

Però, questo non è accaduto qui perché gli autori hanno integrato la reazione dell'acido piridina-4-boronico nella reazione di coordinazione dei metalli che costruisce il MOF. Sia le reazioni covalenti che quelle coordinative hanno agito in sinergia e hanno protetto l'acido piridina-4-boronico dalle reazioni collaterali. Si è formato un trimero che si adattava perfettamente ai pori esagonali del MOF. Il risultato è stato un MOF con una rete organica covalente integrata, o "MOF partizionato in pori-space", fornendo molti nuovi siti per l'adsorbimento del gas.

Gli scienziati hanno sintetizzato molti di questi MOF, ciascuno con una diversa combinazione di metalli e ligandi organici. I nuovi MOF partizionati nello spazio dei pori hanno mostrato un migliore assorbimento di gas rispetto a quelli non partizionati. Inoltre, i siti esposti all'acido di Lewis del boro dei ligandi di partizione consentivano l'assorbimento dell'ammoniaca con un'elevata densità di impaccamento. Questo lavoro presenta un avanzamento nella sintesi e nelle prestazioni MOF. Si ottengono reazioni che non sono state ritenute possibili, come la trimerizzazione netta di un acido piridineboronico, che possono portare a componenti altamente utili.