Metal organic frameworks

Struttura del composto Zn₄O(BDC)₃ (noto come MOF-5), dove BDC²⁻=1,4-benzenedicarbossilato. Le sfere colorate indicano gli spazi vuoti all'interno della struttura.

Struttura del composto Cu₃(TMA)₂(H₂O)₃ (noto come HKUST-1), dove TMA=benzene-1,3,5-tricarbossilato. Le sfere colorate indicano gli spazi vuoti all'interno della struttura.

I metal organic frameworks (MOFs), letteralmente strutture metallo organiche, sono materiali cristallini costituiti da ioni o cluster metallici coordinati a leganti organici rigidi in modo da formare strutture mono-, bi- o tridimensionali con porosità molto elevata. Lo spazio vuoto all'interno del materiale può raggiungere il 90% del volume del materiale, con aree superficiali interne molto elevate, anche oltre i /g. I MOFs possono essere sintetizzati a partire da una gran varietà di componenti organici e inorganici, ottenendo strutture diversissime. Per queste caratteristiche i MOFs sono ritenuti composti molto interessanti dato che negli spazi vuoti all'interno della struttura si possono immagazzinare gas come idrogeno, metano e diossido di carbonio. Altri possibili campi di applicazione riguardano la purificazione e la separazione di gas, la catalisi e la sensoristica.

Da un punto di vista più formale, un MOF è definito dalla IUPAC come un reticolo di coordinazione con leganti organici, contenente spazi vuoti potenziali. A sua volta un reticolo di coordinazione è definito come (a) un composto di coordinazione che si estende in una dimensione utilizzando unità di coordinazione che si ripetono, ma con reticolazioni tra due o più catene, cicli o legami spiro individuali, oppure come (b) un composto di coordinazione che si estende in due o tre dimensioni con unità di coordinazione che si ripetono.

Sintesi

Il primo a sintetizzare questi nuovi materiali fu Omar Yaghi all'Università della California, Los Angeles alla fine degli anni novanta. La metodologia di sintesi dei MOFs si è sviluppata a partire dalle conoscenze sulle zeoliti. I MOFs sono stati inizialmente sintetizzati con metodi di tipo idrotermico, dove i cristalli si accrescono lentamente in una soluzione mantenuta ad alta temperatura. In seguito i MOFs sono stati ottenuti anche con altri metodi sintetici, utilizzando ad esempio microonde, ultrasuoni, o metodi elettrochimici. La struttura così ottenuta può essere ulteriormente modificata anche in seguito (modificazioni postsintetiche).

La Tabella 1 esemplifica alcuni leganti organici impiegati nella sintesi dei MOFs. I leganti più comuni appartengono alla classe dei carbossilati, ma sono stati usati anche azoli e fosfonati.

Tabella 1. Alcuni leganti usati nella sintesi dei MOFs

Nome comune	Nome IUPAC	Formula chimica	Formula di struttura
Acido ossalico	acido etandioico	HOOC-COOH
Acido succinico	acido 1,4-butandioico	HOOC-(CH2)2-COOH
Acido tereftalico	acido 1,4-benzendicarbossilico	C6H4(COOH)2
Acido trimesico	acido 1,3,5-benzentricarbossilico	C9H6O6
1,2,3-triazolo	1H-1,2,3-triazolo	C2H3N3	File:1,2,3-triazole numbering.png

Bibliografia

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