I metal-organic framework (MOF) costituiscono una delle più interessanti e nuove classi di materiali cristallini su cui oggi la ricerca scientifica pone grande attenzione. Caratterizzati da una elevatissima porosità e da un’area superficiale specifica molto alta (dai 1000 agli 8000 m2/g), hanno notevoli potenzialità in un’ampia gamma di applicazioni. Tra le centinaia di diversi MOF conosciuti oggi, uno dei più studiati e già disponibile a livello commerciale è il MOF HKUST-1. Le sue innumerevoli proprietà lo rendono estremamente interessante in molti ambiti che spaziano dalla rimozione di gas tossici tramite adsorbimento selettivo, all’immagazzinamento di gas o al drug-delivery (molto importante in campo medico), nonché utilizzabile perfino come catalizzatore o sensore chimico.
Tuttavia, le tecniche di sintesi di MOF su larga scala oggi utilizzate permettono di ottenere solamente materiali sotto forma di polveri micrometriche, le quali comportano naturalmente una scarsa densità volumica che determina una significativa diminuzione delle potenzialità e delle prestazioni di questi materiali e quindi una limitazione alle loro applicazioni. Le polveri infatti tendono ad avere una bassa conducibilità termica, una scarsa stabilità se esposti ad ambienti umidi o reattivi e una minore capacità di immagazzinamento o adsorbimento dei gas per unità di volume, tutte caratteristiche indispensabili per molti usi industriali. Un recente studio condotto da un team dell’Ateneo di Palermo (Angela Terracina, Michela Todaro, Simonpietro Agnello, Franco Mario Gelardi, Gianpiero Buscarino) in collaborazione con Matjaz Mazaj, dell’Università di Lubiana, Slovenia, ha trovato un’ingegnosa soluzione al problema dello scarso grado di impaccamento spaziale tipico delle polveri di MOF, producendo delle efficienti e rigide pastiglie di HKUST-1 tramite applicazione di pressione meccanica, mediante un opportuno protocollo di impasticcamento messo a punto dal team stesso. Lo studio è stato coordinato dal Dott. Gianpiero Buscarino del gruppo LABAM (http://www1.unipa.it/lamp/) del Dipartimento di Fisica e Chimica (DiFC) ed ha coinvolto tra le altre la tecnica spettroscopica di Risonanza Paramagnetica Elettronica (EPR) che ha permesso, attraverso lo studio del cambiamento delle proprietà magnetiche del materiale, di osservare per la prima volta su scala atomica i danni che un compattamento meccanico eseguito a pressioni troppo elevate o in condizioni non appropriate provoca alle singole strutture molecolari costituenti il materiale cristallino. Tale tecnica si è dimostrata così efficiente da essere in grado di rilevare i cambiamenti elettronici e/o strutturali che avvengono nel materiale anche dopo l’applicazione di piccolissime pressioni (3 MPa) ed ha permesso di evidenziare per la prima volta il ruolo chiave che l’interazione con l’umidità naturalmente presente nell’aria gioca durante il processo di compattamento.
Inoltre, lo studio si è avvalso di una delle più avanzate tecniche di analisi morfologica disponibili presso ATeN center (http://www.atencenter.com), la Microscopia a Forza Atomica (AFM). Questa metodologia ha permesso per la prima volta di osservare il meccanismo di riarrangiamento spaziale che coinvolge i singoli grani micrometrici di polvere quando il sistema è sottoposto a pressione meccanica e che permette di eliminare gli interstizi vuoti tra un grano e l’altro, migliorando il compattamento e le prestazioni.
Lo studio è stato pubblicato sulla rivista internazionale The Journal of Physical Chemistry C e selezionato per apparire su una copertina della stessa. La pubblicazione originale è la seguente: “Terracina Angela, Todaro Michela, Mazaj Matjaz, Agnello Simonpietro, Gelardi Franco Mario, Buscarino Gianpiero (2018). Unveiled the Source of the Structural Instability of HKUST-1 Powders upon Mechanical Compaction: Definition of a Fully Preserving Tableting Method. The Journal of Physical Chemistry C.”, DOI: 10.1021/acs.jpcc.8b08846, ed è consultable all’URL: https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acs.jpcc.8b08846.
