Nuove strutture cristalline per le reazioni industriali
I MOF sono caratterizzati da un'elevata densità di pori, per cui offrono una vasta superficie per i legami e consentono usi specifici con l'impiego di additivi chimici funzionali; per questi motivi, sono strutture particolarmente interessanti per numerose reazioni. Le reazioni di catalisi si basano su una piccola quantità di catalizzatore per la realizzazione di un legame selettivo e reversibile con le sostanze chimiche, unendole e accelerando la velocità delle reazioni e semplificando la produzione di prodotti in elevata quantità. A tale scopo, i MOF sono particolarmente idonei grazie alla struttura microporosa che funge essenzialmente da piccolo recinto selettivo che unisce le molecole consentendone il legame in maniera più produttiva. I solidi cristallini microporosi, inoltre, sono adatti alle reazioni di adsorbimento, in cui determinate molecole si legano a una superficie a differenza di altre, consentendo in tal modo la separazione o la purificazione. Questa applicazione può essere estesa alla tecnologia dei sensori avanzati tramite il filtraggio finalizzato a migliorare la selettività e a facilitare l'immagazzinamento dei gas. Il progetto Mofcat ("Functional metal organic frameworks as heterogeneous catalysts") è stato istituito per sviluppare processi di sintesi affidabili, costanti e scalabili per MOF recenti e meno recenti di particolare rilevanza industriale. I ricercatori hanno studiato due famiglie di MOF, la famiglia CPO-27-M, sviluppata precedentemente, dove M = nichel, magnesio, cobalto o manganese, e la famiglia UiO-66, basata sullo zirconio. Grazie a una combinazione di analisi spettroscopica e modellazione chimica quantistica, è stato possibile ottenere un'eccellente caratterizzazione delle strutture; la famiglia CPO-27-M, inoltre, con i numerosi elementi M possibili, ha consentito un confronto diretto della reattività di metalli differenti nella stessa struttura MOF. Gli analisti, inoltre, hanno realizzato una produzione scalata di entrambe le famiglie di MOF di rilevanza industriale. Entrambe le famiglie hanno immagazzinato significativi quantitativi di gas idrogeno a bassa temperatura, con ulteriori capacità di immagazzinamento del metano esibite dalla famiglia CPO-27-Ni (M = nickel), anche sotto forma di pellet, anch'esse potenzialmente interessanti per l'industria. Il team del progetto Mofcat, inoltre, ha prodotto nuovi catalizzatori MOF, alcuni dei quali hanno dimostrato un'attività quasi doppia rispetto ai concorrenti in commercio. In sintesi, il progetto il team del progetto Mofcat ha compiuto notevoli progressi nel campo dei MOF per le applicazioni industriali, specialmente per l'immagazzinamento dei gas e per i catalizzatori, e queste scoperte potrebbero accrescere notevolmente la competitività europea in un settore di mercato particolarmente vasto e redditizio.
