In uno studio pubblicato sulla rivista Nature , il gruppo di ricerca ha utilizzato elementi non metallici poco costosi e abbondanti, come gli ioni cloruro, per progettare strutture porose organiche non metalliche (N-MOF).

I nuovi materiali offrono un'alternativa alle strutture metallo-organiche (MOF), una classe di materiali cristallini porosi costituiti da metalli collegati da composti di collegamento organici.

Finora sono stati scoperti più di 95.000 MOF con un'ampia gamma di applicazioni in campi quali la catalisi, la separazione dei gas e lo stoccaggio di energia.

I nuovi materiali per strutture porose prive di metalli devono ancora essere esplorati a fondo, ma si sono già rivelati promettenti per la cattura dello iodio, che è importante nell'industria nucleare. Altre aree di applicazione potrebbero includere la conduzione di protoni, la catalisi, la cattura dell'acqua e lo stoccaggio dell'idrogeno.

Il team di ricerca ritiene che in futuro dovrebbe essere possibile estendere la strategia ai materiali in cui i linker organici sono collegati da ioni costituiti da altri elementi non metallici comuni come azoto, ossigeno e zolfo.

La ricerca si è avvalsa delle competenze complementari nella scoperta di nuovi materiali e della robotica dell'Università di Liverpool insieme all'esperienza di modellazione computazionale dell'Università di Southampton.

Il professor Andrew Cooper del Dipartimento di Chimica e Innovazione dei Materiali dell'Università di Liverpool ha dichiarato:"Questo lavoro apre una serie di possibilità. Il nostro approccio utilizza anioni non metallici come nodi per costruire strutture piuttosto che cationi metallici nei MOF. Ci sono ci sono più anioni disponibili che metalli nella tavola periodica, quindi lo spazio per la ricerca di nuovi materiali è enorme."

Tuttavia, c’è un problema di vecchia data:i nodi metallici nei MOF dirigono la struttura della struttura, un po’ come i giunti in un’impalcatura. Questi giunti hanno una geometria prevedibile che consente di progettare MOF per applicazioni specifiche. Questo approccio "Lego molecolare" non funziona per i sali non metallici perché le interazioni sono molto meno direzionali.

Il professor Graeme Day della Scuola di Chimica dell'Università di Southampton ha dichiarato:"Abbiamo guidato la scoperta di questi materiali utilizzando un metodo computazionale chiamato previsione della struttura cristallina.

"Questo ci permette di prevedere quali sali non metallici formeranno strutture porose stabili, quali sali no, e di anticipare la precisa struttura cristallina prima del lavoro sperimentale. Non dobbiamo assumere una geometria specifica per i giunti nel quadro, che è un principio fondamentale nella chimica dei MOF."

La ricerca fa parte di un programma di ricerca più ampio che mira a ridefinire il modo in cui scopriamo nuovi materiali combinando tecniche emergenti nella previsione computazionale, nell'intelligenza artificiale e nella robotica.