Si chiama MXene: è un nuovo nanomateriale che si comporta da filtro selettivo e promette applicazioni che potrebbero rivoluzionare il settore energetico. E non solo

Un gruppo di ricercatori della Drexel University, guidati da Yury Gogotsi, ha dimostrato, in uno studio pubblicato sulla rivista Nature Communications, strabilianti proprietà di un particolarissimo tipo di nanomateriale, chiamato MXene: se attraversato da un fluido, il materiale funziona come un filtro, legando le particelle chimicamente affini contenute nel fluido stesso e separandole dal resto del flusso. I nanomateriali sono materiali di piccolissime dimensioni, dell’ordine del nanometro (ovvero un milionesimo di millimetro): in virtù di questa caratteristica, tali materiali hanno proprietà fisico-chimiche molto particolari, che talvolta li rendono adatti ad applicazioni altrimente impensabili.

L’esempio più lampante è il grafene, nano-derivato della grafite, la cui scoperta è valsa il premio Nobel per la fisica nel 2010 ai ricercatori russi Andre Geim e Konstantin Novoselov. Un nanomateriale utilizzato, per esempio, per la produzione di transistor di nuova generazione, alla base dell’elettronica moderna, ma anche per desalinizzare le acque:  il grafene è infatti costituito da uno strato sottilissimo di atomi di carbonio ordinati in una struttura a celle esagonali che gli consente di funzionare da filtro e di separare le piccolissime particelle di sale per potabilizzare l’acqua del mare. Tuttavia, il limite principale del grafene è che non tutte le molecole possono essere separate solo in base alla loro grandezza, L’MXene supera questo limite in quanto possiede un’elevata capacità di interazione chimica con le particelle da filtrare, il che aumenta così enormemente il potere selettivo del materiale e i campi di applicazione.

Gogotsi (a destra dell’immagine) con uno dei suoi collaboratori

“Uno dei vantaggi chiave dell’ MXene”, afferma Gogotsi,“è che modificandolo chimicamente si ottengono materiali con selettività differenti che possono essere impiegati in molteplici campi, tra cui quello della separazione dei gas”. Ed è proprio in questo campo che il team di ricercatori ha tentato l’impossibile: filtrare l’idrogeno puro. L’idrogeno, tra gli elementi più abbondanti sulla Terra, è una fonte eccezionale di energia pulita, ma è anche uno degli elementi più instabili e più difficili da ottenere allo stato puro, il che è il principale ostacolo alla sua diffusione come fonte di energia alternativa.

Lo studio dimostra che, disponendo in strati un MXene opportunamente modificato, si formano delle membrane laminate (le cosiddette fasi Max) che formano un filtro in grado di separare le particelle dei gas sia in base alle loro dimensioni che alle loro caratteristiche chimiche. Questo “superfiltro” così formato respinge le grandi molecole di gas lasciando scivolare tra gli strati il più piccolo idrogeno che viene legato chimicamente sulla superficie dell’MXene. Il nuovo processo messo a punto è più efficiente e più economico rispetto a tutti gli altri tentativi fatti per ottenere idrogeno puro. E pone le basi per la possibilità concreta di creare energia dall’idrogeno in modo più rapido e sostenibile di quanto attualmente possibile.