Alcune sfide globali contemporanee includono la manipolazione e la cattura selettiva di gas. Un esempio è fornito dalla necessità di diminuire le emissioni di origine antropica di anidride carbonica (CO2), che ne determinano l’aumento della concentrazione nell’atmosfera con ricadute negative sul clima e sull’ambiente. Altri temi di grande attualità sono legati alla possibilità di catturare il vapore acqueo (H2O) dall’atmosfera, trasformandolo in acqua purificata accessibile a tutti, e alla possibilità di immagazzinare e trasportare gas di interesse industriale, quali metano (CH4) e idrogeno (H2) in modo sicuro e sostenibile. In questo contesto, nuovi materiali nano-porosi, caratterizzati dalla presenza di cavità di dimensioni nanometriche all’interno della loro architettura, permettono la cattura selettiva e lo stoccaggio di molecole di gas, promuovendo lo sviluppo di soluzioni ad hoc per affrontare le problematiche sopra citate.
I materiali polimerici porosi, denominati Porous Organic Polymers (POPs), rappresentano una classe di materiali nano-porosi di grande prospettiva per la possibile applicazione in processi industriali, grazie alla loro elevata porosità, stabilità chimica e termica, e ai bassi costi di produzione con rese elevate a partire da monomeri aromatici. La capacità di catturare alcune specie chimiche gassose rispetto ad altre dipende dalla possibilità di controllare la dimensione dei pori e delle cavità presenti all’interno della struttura e dalla presenza di gruppi funzionali che interagiscono selettivamente con una determinata specie chimica. Tuttavia, il controllo su questi due aspetti fondamentali è difficilmente ottenibile attraverso i metodi di preparazione tradizionali di questi materiali.
La ricerca, riportata nell’articolo “Direct Integration of Functionalized Bridges by One-Step Superacid-Catalyzed Reaction to Fabricate Porous Polymers for CO2 Capture and Separation” (doi: 10.1002/anie.202507863) pubblicato sulla rivista Angewandte Chemie, Int. Ed. [Wiley, Impact Factor 16.1, 2024 (Clarivate)], guidata dalla professoressa Silvia Bracco e dal ricercatore Jacopo Perego, ha portato allo sviluppo di una nuova famiglia di POPs funzionalizzati, con dimensioni dei pori finemente controllate attraverso un innovativo processo sintetico che supera i limiti degli approcci preparativi tradizionali. Il nuovo metodo di polimerizzazione prevede la simultanea reticolazione di monomeri aromatici e la decorazione controllata della superficie dei pori con funzionalità di tipo acido carbossilico, portando alla realizzazione di POP densamente funzionalizzati. Questi polimeri nanoporosi possono essere ulteriormente modificati generando gruppi esterei e gruppi carbossilato di sodio e litio in modo da ottimizzare le proprietà di cattura selettiva dell’anidride carbonica rispetto all’azoto. Le prestazioni di cattura di CO2, caratterizzate da buoni valori di assorbimento e da una straordinaria selettività, tra le più alte mai riportate per materiali di tipo POP, hanno permesso di ottenere l’efficace cattura e separazione di CO2 in condizioni di flusso continuo a partire da miscele di gas di composizione simile a quelle tipiche delle emissioni industriali.
L’originalità e la rilevanza dello studio sono stati evidenziati attraverso il riconoscimento dell’articolo quale Hot Paper nella sezione Organic Materials e l’inserimento nella collezione Hot Topic: Carbon Dioxide (https://chemistry-europe.onlinelibrary.wiley.com/doi/toc/10.1002/(ISSN)1864-564X.hottopic-co2)