Feed aggregator
Il Nobel per la Chimica 2025 agli architetti del nanomondo
Matteo Guidotti
Era da un po’ di tempo che non si avvertiva un’ondata di entusiasmo generalizzato come quella che si è vista in questi ultimi giorni dopo l’annuncio dell’assegnazione del Premio Nobel per la Chimica 2025 a Susumu Kitagawa, Richard Robson e Omar M. Yaghi.
Sono molti infatti gli studiosi che, avendo in vari modi contribuito ad ampliare la conoscenza sui metal–organic frameworks, MOF, negli ultimi 30 anni almeno, sentono questo riconoscimento un po’ più vicino a loro. Nel mondo accademico, della ricerca e dello sviluppo industriale, non pochi chimici, scienziati della materia, ingegneri, fisici e tanti altri hanno progettato, sintetizzato, caratterizzato, modificato, ottimizzato, impiegato, prodotto su larga scala e sfruttato in vari modi i MOF.
Allo stesso tempo, molti colleghi, che negli ultimi anni avevano visto assegnare il massimo riconoscimento per la Chimica ad ambiti tematici più spostati verso le scienze della vita o la medicina, sono ora contenti di ritrovare in questo premio un paradigmatico distillato del loro bel mestiere: scegliere gli elementi più interessanti della tavola periodica, selezionare le molecole organiche più promettenti, assemblarle seguendo le regole della chimica reticolare e un po’ di fiuto del sintetista, per ottenere così eleganti strutture a livello nanometrico da utilizzare nell’immagazzinamento e separazione dei gas, nella catalisi, nella sensoristica o, ancora, nella progettazione di materiali energetici.
Inoltre, anche i giornalisti, che in questi giorni hanno divulgato la notizia, non hanno celato la soddisfazione di aver davvero capito, forse questa volta senza sforzi, quale sia stato l’oggetto del Premio. L’idea infatti del gioco di costruzioni nanoscopico, del “meccano” con stanghette molecolari e con snodi metallici, è di per sé molto mediatica ed è stata colta con immediatezza da tutti i comunicatori, anche quelli che hanno meno dimestichezza con le discipline scientifiche. Ne consegue che anche il grande pubblico dei “non addetti ai lavori” ha potuto cogliere almeno l’essenza del lavoro dei tre scienziati e padroneggiare, una volta tanto, una notizia che altrimenti avrebbe lasciato completamente indifferenti i più.
Va anche detto che la comunità scientifica internazionale dei chimici si attendeva, prima o poi, un Nobel per questo filone di ricerche che ha ampliato e potenziato quella corsa ai solidi sintetici porosi ordinati che aveva visto alla fine degli anni ’40 le prime zeoliti sintetiche, poi i setacci molecolari microporosi e i solidi mesoporosi ordinati tra gli anni ’80 e ’90 e, negli ultimi decenni, le strutture porose avanzate (APF, advanced porous frameworks), che sono, a loro volta, suddivise in amplissime famiglie, come i MOF, premiati lo scorso 8 ottobre, i covalent organic frameworks, COF, i porous organic frameworks POP, i porous organic cages POC o, ancora, gli hydrogen-bonded organic frameworks HOF.
Advanced Porous Frameworks e loro potenzialità applicative nelle separazioni e nelle purificazioni (da DOI:10.1002/adma.201902009)
E’ superfluo ricordare ai lettori di queste pagine (molti dei quali conoscono bene l’ambito di ricerca dei tre vincitori del Nobel) le proprietà dei MOF e di tutte queste strutture porose reticolari.[1] Sono infatti materiali estremamente versatili, le cui applicazioni sono ben di più di quelle ricordate dai mezzi stampa in questi giorni. Anche l’impennata, negli ultimi 25 anni, nel numero di pubblicazioni scientifiche e di brevetti in cui compaia la parola chiave MOF dimostra in modo chiaro e obiettivo un interesse reale che va ben oltre la “moda del momento“.
Numero di articoli scientifici per anno contenenti le parole chiave “metal organic framework” e “metal organic frameworks” nel periodo 2000-2024 (fonte Scopus)
Numero di brevetti registrati per anno contenenti la parola chiave “metal organic framework” nel periodo 2000-2025 (elaborazione da dati cas.org)
Giocando sulle permutazioni di forme, topologie, geometrie e composizione chimica, il numero di strutture MOF ottenibile è davvero infinito, con altrettanto modulabili porosità, aree superficiali e volumi utili interni. Solamente per le applicazioni catalitiche, ad esempio, poter collocare il metallo attivo con determinate caratteristiche chimico-fisiche in prossimità di gruppi funzionali specifici presenti nei segmenti organici del reticolo, ricorda molto ciò che la Natura fa nei sistemi enzimatici, in cui è tutto l’insieme del sistema sito attivo / intorno chimico / confinamento sterico che rende eccezionalmente attivi, selettivi ed efficienti questi catalizzatori naturali.
Ad ogni modo, sebbene alcune applicazioni dei MOF abbiano mostrato di essere arrivate ad una buona maturità tecnologica, alcuni aspetti legati ad un utilizzo su larga scala di questi solidi necessitano di ulteriori studi attenti e approfonditi. Per esempio, per alcune tipologie di strutture MOF, la sintesi solvotermica in autoclave, l’uso di solventi organici e/o di reagenti costosi (leganti funzionalizzati, metalli rari) rendono la produzione su scala industriale non banale. Per ovviare a ciò, si cerca di condurre sintesi in continuo (flow solvothermal synthesis), di utilizzare meno solventi, o più verdi, oppure basse temperature, così da superare il divario ancora spesso esistente tra sistemi dimostrativi di laboratorio e produzione commerciale economicamente sostenibile.
Anche l’impatto tossicologico e ambientale di questi materiali è un aspetto ancora controverso e poco studiato, soprattutto quando gli scopi applicativi prevedono l’uso di grandi quantità di MOF, come per la cattura e l’immagazzinamento di gas o per la decontaminazione di alti volumi di liquidi o di aeriformi. Alcuni MOF contengono metalli ecotossici (Cr, Cu in eccesso) o leganti organici potenzialmente problematici. La loro possibile dispersione o rilascio in ambiente, durante l’uso o a fine vita, necessita valutazioni accurate, proprio perché non è detto che quanto osservato per un sistema di una determinata forma o composizione sia poi estendibile a materiali analoghi.
Quindi, è chiaro come questo premio Nobel non sia affatto un punto di arrivo, ma uno (s)punto di partenza per nuovi avvincenti futuri lavori di chimici e scienziati. Vedremo come la comunità scientifica internazionale risponderà, nei prossimi anni, a questo invito.
[1] Chi volesse approfondire la conoscenza dei MOF può consultare alcune
rassegne alquanto esaurienti in vari ambiti applicativi, (tutte di libero accesso):
DOI:
10.1021/acsomega.2c05310;
10.1016/j.heliyon.2024.e25521;
10.1002/gch2.202300244;
10.1039/D3NA00627A
Decatungstate-photocatalyzed hydroacylation of azobenzenes with aldehydes to access N,N′-diarylhydrazides
DOI: 10.1039/D5GC03817K, PaperJingya Yang, Bao Huang, Haifang Xu, Qi Dong, Xiaojun Liu, Kejing Huang, Hongyan Zhou
A TBADT-photocatalyzed hydroacylation of azobenzenes with aldehydes has been developed, providing a green approach for synthesizing N,N′-diarylhydrazides.
The content of this RSS Feed (c) The Royal Society of Chemistry
Synthesis of alkyl thioamides by three-component reactions of allyl alcohols, elemental sulfur and amines: elemental sulfur as a mild oxidant and a sulfur source
DOI: 10.1039/D5GC03854E, CommunicationJiyuan Wu, Yanyan Liao, Miaoyi Pan, Tangtang Song, Jian Zhang, Lai Li, Jianmei Lu, Xuefeng Jiang
An efficient and practical approach for the straightforward construction of thioamides via the combination of allyl alcohols, elemental sulfur and amines in a one-pot procedure was comprehensively achieved without any solvents or additives.
The content of this RSS Feed (c) The Royal Society of Chemistry
In situ conversion of graphite into graphene quantum dots (GQDs) towards upcycling of spent lithium-ion batteries
DOI: 10.1039/D5GC03503A, PaperAoli Liu, Zelong Dai, Danlin Ouyang, Binod Mahara, Lishan Yang, Xiangping Chen
An upcycling process based on in situ defect utilization to convert spent graphite into high-performance photoluminescent quantum dots through defect-mediated structural reconstitution.
The content of this RSS Feed (c) The Royal Society of Chemistry
Swimming upstream – photocatalytic depolymerization of lignosulfonate in seawater
DOI: 10.1039/D5GC03734D, PaperNele Petersen, Silvia Carlotto, Björn B. Beele, Marcella Frauscher, Raphaela Süss, Pascal Olschowski, Girolamo Casella, Adam Slabon, Bruno V. M. Rodrigues
Photocatalytic depolymerization of sodium lignosulfonate in seawater using anthraquinone-2-sulfonate as a catalyst. The presence of salts in seawater stabilizes the catalyst, maintaining its catalytic activity over extended periods.
The content of this RSS Feed (c) The Royal Society of Chemistry
Construction and deconstruction: recent advances in degradable silicon-based polymers
DOI: 10.1039/D5GC02535D, Tutorial ReviewXueying Liu, Jakhongir Bekmirzaev, Carine Robert, Régis M. Gauvin, Christophe M. Thomas
This review describes degradable, silicon-based polymers, emphasizing their synthesis, degradation, recyclability, and green chemistry strategies for sustainable material innovation.
The content of this RSS Feed (c) The Royal Society of Chemistry
Sustainable high-purity graphite purification via pulsed electrolysis with reduced fluoride consumption
DOI: 10.1039/D5GC02701B, PaperXianglin Liao, Yin Zhao, Yuehua Liu, Yiming Feng, Jingyao Wang, Junhao Liu, Xuzhong Gong
Pulsed electrolysis purification cuts HF acid use by 60% achieving 99.9% graphite purity. By pulsed electrolysis, the cycling mass transfer of ions is enhanced, the usage of fluorine elements is decreased, and the environmental risks are minimized.
The content of this RSS Feed (c) The Royal Society of Chemistry
Carbon dot-driven spatial and electronic modulation of Ru on graphene for pH-universal hydrogen evolution reaction electrocatalysts
DOI: 10.1039/D5GC03796D, PaperLiwu Qiang, Meng Bai, Zonghang Liu, Peipei Zhao, Shuai He, Man Zhao, Qinyun Yan, Wei Wen, Qilin Guo, Yanxia Zhang, He Xiao, Jianfeng Jia
Modulation effect of carbon dots on Ru for HER performance and reaction mechanism under full pH range conditions.
The content of this RSS Feed (c) The Royal Society of Chemistry
Upcycling of poly(ethylene terephthalate) waste plastics to terephthalonitrile
DOI: 10.1039/D5GC02680F, PaperPhuc T. T. Nguyen, Jiong Cheng, Junyu Mi, Ning Yan
We present a mild (≤120 °C), selective, and low-carbon route for converting poly(ethylene terephthalate) waste plastics into terephthalonitrile, demonstrating plastic upcycling integrated with sustainable nitrogen-containing chemical production.
The content of this RSS Feed (c) The Royal Society of Chemistry
Ammonium sulfate (a coking byproduct) downregulates the assimilatory nitrate pathway to save energy for carbon sequestration in Nannochloropsis oceanica at a stable pH using HEPES-NaOH
DOI: 10.1039/D5GC01644D, PaperYing Liu, Xiangjin Liang, Jun Lu, Yapeng Chen, Jun Liu, Baoying Wang, Ruixue Ma, Junchen Xu, Jun Cheng
Transcriptional expression of carbon and nitrogen metabolism in Nannochloropsis oceanica under mixed-mode culture of NH4+ and NO3−.
The content of this RSS Feed (c) The Royal Society of Chemistry
The discovery of new metagenomic urethanases utilising a novel colorimetric assay for applications in the biodegradation of polyurethanes
DOI: 10.1039/D5GC03560K, Paper
Open Access 
  This article is licensed under a Creative Commons Attribution 3.0 Unported Licence.Silvia Anselmi, Yeke Ni, Alessia Tonoli, Jingyue Wu, Yu Wang, Luba Prout, Mark Miodownik, Jack W. E. Jeffries, Helen C. HailesNew urethane hydrolytic enzymes have been discovered from a drain metagenome and a novel colorimetric assay established for high-throughput applications.
The content of this RSS Feed (c) The Royal Society of Chemistry
Recent progress in Pt-based alloy catalysts: a comprehensive review on green synthesis and sustainable biomass hydrogenation applications
DOI: 10.1039/D5GC03371C, Tutorial ReviewYichen Nie, Misbah Uddin, Qingtao Wang, Xingyong Li, Na Liu, Senshen Yu, Phidsavard Keomeesay, Xuebing Zhao, Yubao Chen, Zhifeng Zheng, Shijie Liu
By alloying multiple metals with Pt and proposing various synthesis strategies, combined with the basic principles of Pt-based alloy catalysts, high-performance catalysts are designed for various biomass hydrogenation applications.
The content of this RSS Feed (c) The Royal Society of Chemistry
Tailoring the electronic structure of an Ni2P aerogel via ruthenium doping for energy-efficient hydrogen generation in anion-exchange membrane-based seawater electrolysis
DOI: 10.1039/D5GC03579A, PaperMeitong Zhao, Junwei Yuan, Fan Yang, Hongchen Liu, Xinyang Sun, Yang Sun, Siyuan Sun, Jiahui Liu, Yongfeng Li
A facile synthesis strategy was developed for preparing Ru-Ni2P AG/NF. Its high catalytic performance originated from self-supporting structure, localized electronic structure regulation, and rapid mass transport.
The content of this RSS Feed (c) The Royal Society of Chemistry
Valorization of wheat straw to furfural and glucose via ZnCl2/gamma-valerolactone system
DOI: 10.1039/D5GC03724G, PaperYao Liu, Ruonan Zhu, Hui Zhang, Xingjie Wang, Lihong Zhao, Junli Ren, Wei Qi
A ZnCl2 MSH/GVL system fractionates wheat straw (140 °C, 40 min), converting hemicellulose to furfural (67.3% yield) with 98.5% cellulose preservation. Acid-hydrolysis of residue delivers 93.8% glucose in 20 min, eliminating enzymatic steps.
The content of this RSS Feed (c) The Royal Society of Chemistry
A donor–π–σ–acceptor strategy in porous polymers for suppression of carrier recombination: boosting photoredox in a Csp2–N radical cross-coupling reaction
DOI: 10.1039/D5GC02546J, PaperJinyang Lu, Lingjuan Zhang, Nan Zhang, Xueying Song, Qi Gao, Jincong Yuan, Xian-Ming Zhang
Incorporating σ linker between the D–π–A heterojunction suppresses photogenerated carrier recombination. ETTA-σ-Im exhibits highly catalytic performance in photooxidative CDC amidation, while facilitating photoreductive O2 to H2O2 production.
The content of this RSS Feed (c) The Royal Society of Chemistry
A proposal of twelve principles for LCA of chemicals
DOI: 10.1039/D4GC04844J, Perspective
Open Access   This article is licensed under a Creative Commons Attribution 3.0 Unported Licence.Daniele CespiThis perspective proposes 12 principles for the LCA of chemicals, a list of issues that should be addressed by LCA practitioners, in a procedural way, in order to apply correctly the life cycle perspective within the green chemistry discipline.
The content of this RSS Feed (c) The Royal Society of Chemistry
Breaking through acetone inhibition: integrated protein engineering and bioreactor design for sustainable chiral aryl alcohol synthesis
DOI: 10.1039/D5GC02816G, PaperFeng Qian, Yaowu Wang, Zhe Wang, Hanyu Liu, Ying Zhang, Haimin Zhang, Pu Wang
An efficient and eco-friendly strategy combining an engineered carbonyl reductase with an in situ acetone removal bioreactor (EIARB) tackled acetone inhibition during the bioreduction of aryl ketone in a neat isopropanol reaction system.
The content of this RSS Feed (c) The Royal Society of Chemistry
Integrating in-vial thin film microextraction using polysiloxane-based adhesive tapes with low-temperature plasma ionization mass spectrometry: A solvent-free approach for determining cocaine and methamphetamine in saliva samples
DOI: 10.1039/D5GC02488A, PaperCarlos Calero-Cañuelo, Rafael Lucena, Soledad Cárdenas
A novel in-vial microextraction technique based on thermal resistant adhesive tapes is presented and its direct coupling to SICRIT-MS is evaluated.
The content of this RSS Feed (c) The Royal Society of Chemistry
Nanoscale MOF-derived vacancy-engineered Co2P/N-doped coal-based carbon fibers for boosting hydrogen evolution
DOI: 10.1039/D5GC02573G, PaperMengran Lou, Ruiying Wang, Luxiang Wang, Yang Wang, Mei Wu, Shengjiao Wen, Xia Kong, Taotao Lv, Bo Ma
The precise design of nanoscale metal–organic frameworks enables the fabrication of a self-supported Co2P/nitrogen-doped coal-based carbon fiber catalyst with Co vacancies.
The content of this RSS Feed (c) The Royal Society of Chemistry
Phase-segregated PtNi5 rhombic dodecahedra enable excellent electrocatalytic hydrogen evolution in the full pH range
DOI: 10.1039/D5GC03768A, PaperSiyuan Lai, Wendan Jiang, Jingzhe Zhao, Jun Yang, Xiongwu Kang
Ascribed to the Pt-rich vertexes and ridges and Ni-rich facets, phase-segregated PtNi5 rhombic dodecahedral nanocrystals achieve excellent performance in the hydrogen evolution reaction in the full pH range.
The content of this RSS Feed (c) The Royal Society of Chemistry