Le strutture metallo-organiche (MOF) sono una classe speciale di materiali spugnosi con pori di dimensioni nanometriche. I nanopori portano a superfici interne da record, fino a 7800 m ² in un grammo. Questa caratteristica rende i MOF materiali estremamente versatili con molteplici utilizzi, come la separazione di prodotti petrolchimici e gas, imitando il DNA, produzione di idrogeno e rimozione di metalli pesanti, anioni di fluoro, e persino oro dall'acqua, per citarne alcuni.

Una delle caratteristiche principali è la dimensione dei pori. I MOF e altri materiali porosi sono classificati in base al diametro dei loro pori:i MOF con pori fino a 2 nanometri di diametro sono chiamati "microporosi, " e tutto ciò che si chiama "mesoporoso". La maggior parte dei MOF oggi sono microporosi, quindi non sono utili in applicazioni che richiedono loro di catturare grandi molecole o catalizzare reazioni tra di loro, in pratica, le molecole non si adattano ai pori.

Quindi più recentemente, sono entrati in gioco i MOF mesoporosi, perché mostrano molte promesse nelle applicazioni di grandi molecole. Ancora, non sono esenti da problemi:quando le dimensioni dei pori entrano nel regime mesoporoso, tendono a crollare. Comprensibilmente, questo riduce la superficie interna dei MOF mesoporosi e, con quello, la loro utilità complessiva. Poiché uno dei principali obiettivi del settore è trovare modi innovativi per massimizzare le aree superficiali MOF e le dimensioni dei pori, affrontare il problema del collasso è la massima priorità.

Ora, Il dottor Li Peng, postdoc presso l'EPFL Valais Wallis, ha risolto il problema aggiungendo piccole quantità di un polimero nei MOF mesoporosi. Poiché il polimero fissa i pori MOF aperti, aggiungendolo ha aumentato drasticamente le superfici accessibili da 5 a 50 volte. Lo studio è stato condotto dal gruppo di ricerca di Wendy Lee Queen, in collaborazione con i laboratori di Berend Smit e Mohammad Khaja Nazeeruddin presso l'Istituto di Scienze Chimiche e Ingegneria (ISIC) dell'EPFL.

Dopo aver aggiunto il polimero ai MOF, le loro elevate aree superficiali e la loro cristallinità sono state mantenute anche dopo aver riscaldato i MOF a 150°C, temperature che in precedenza sarebbero state irraggiungibili a causa del collasso dei pori. Questa nuova stabilità fornisce l'accesso a molti altri siti di coordinamento dei metalli aperti, che aumenta anche la reattività dei MOF.

Nello studio, pubblicato in Giornale della Società Chimica Americana , due dottorati studenti, Sudi Jawahery e Mohamad Moosavi, utilizzare simulazioni molecolari per indagare in primo luogo perché i pori collassano nei MOF mesoporosi, e proporre anche un meccanismo per spiegare come i polimeri stabilizzano la loro struttura a livello molecolare.

"Prevediamo che questo metodo per la stabilizzazione indotta da polimeri ci consentirà di realizzare una serie di nuovi MOF mesoporosi che prima non erano accessibili a causa del collasso, " dice la regina. "Quindi, questo lavoro può aprire nuove, applicazioni entusiasmanti che coinvolgono la separazione, conversione, o consegna di grandi molecole."