Kitagawa, Robson e Yaghi, pionieri dei reticoli porosi, premiati per i metal-organic frameworks
di Lorenzo Lazzeri
L’Accademia Reale Svedese delle Scienze ha assegnato il Premio Nobel per la Chimica 2025 a Susumu Kitagawa della Kyoto University, Richard Robson dell’Università di Melbourne e Omar M. Yaghi dell’Università della California, Berkeley. I tre studiosi sono stati premiati per lo sviluppo dei metal-organic frameworks (MOF), strutture che hanno inaugurato la cosiddetta chimica reticolare, fondata sulla costruzione di materiali con precisione programmata.
A Omar M. Yaghi spetta il merito di aver concettualizzato per primo i Metal-Organic Frameworks (MOF., composti tridimensionali costituiti da ioni metallici uniti da leganti organici. La sua ricerca ha mostrato che tali materiali possono essere costruiti con la stessa logica modulare dei mattoncini LEGO, ma a scala atomica. Un grammo di MOF può possedere una superficie interna pari a quella di un campo da calcio, un dato che evidenzia la portata di questa scoperta.
Parallelamente, Susumu Kitagawa ha approfondito la chimica di coordinazione e le applicazioni dei materiali porosi nello stoccaggio dei gas, fornendo un’impalcatura strutturale e funzionale alla base del loro successivo sviluppo.
In Australia, Richard Robson ha dimostrato in anticipo la possibilità di creare strutture estese a partire da unità organiche e inorganiche, fornendo alcune delle prime prove di reti porose funzionali.
L’impatto dei MOF si coglie nel confronto con i materiali adsorbenti tradizionali, come zeoliti e carbone attivo. I MOF sono progettabili in modo razionale e adattabili a obiettivi specifici: cattura selettiva di anidride carbonica dai fumi industriali, immagazzinamento sicuro di idrogeno come combustibile pulito, separazione mirata di molecole in complessi processi. L’introduzione di questa nuova classe di materiali ha causato un vero cambiamento di paradigma, dove la loro porosità estrema si traduce in una superficie interna senza pari nel panorama dei materiali noti. Questo sposta l’attenzione dalla scoperta casuale di nuove sostanze alla loro progettazione programmata di “spugne” atomiche con pori interni su scala nanometrica, regolari e uniformi.
La conseguenza diretta di questa struttura ultra-porosa è una superficie interna colossale. Sebbene i materiali porosi tradizionali, abbiano già superfici estese (tipicamente fino a 1000 m2/g), i MOF più performanti superano nettamente questi valori. È stato calcolato che la superficie interna di poco più di due grammi di MOF-5 (un materiale capostipite con circa 2.700 m2/g) sarebbe sufficiente a ricoprire l’intero campo di gioco di un grande stadio di calcio (circa 5.350 m2).
Il premio arriva dopo quello per la medicina e fisiologia a Mary E. Brunkow, Fred Ramsdell e Shimon Sakaguchi per gli studi sulla tolleranza immunologica periferica e quello per la fisica a John Clarke, Michel H. Devoret e John M. Martinis per la quantizzazione dell’energia in circuiti elettrici. Dal 1901 a oggi i Nobel per la Chimica sono stati 116, con 197 vincitori complessivi. Solo due, Frederick Sanger e Barry Sharpless, hanno ottenuto il premio due volte, mentre il più giovane resta Frédéric Joliot, premiato a 35 anni.
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