Un chimist român reproiectează materia: materiale care pot stoca energie și capta apă din aer

Ce se întâmplă atunci când chimiștii învață să construiască materia la nivelul porilor de ordinul nanometrilor? Pentru Mircea Dincă, cercetător născut în România și profesor la Princeton University, după mai bine de un deceniu la Massachusetts Institute of Technology (MIT), răspunsul se află într-o clasă fascinantă de materiale sintetice: metal-organic frameworks (MOFs) sau rețelele metal-organice.

MOF-urile sunt rețele cristaline formate din noduri metalice conectate prin molecule organice. Această arhitectură creează o porozitate extremă: câteva grame din anumite MOF-uri pot avea o suprafață internă comparabilă cu cea a unui teren de fotbal. În interiorul lor există un volum uriaș de spațiu la scară moleculară, care poate fi folosit pentru captarea și stocarea selectivă a unor molecule.

De la apariția lor, MOF-urile au avut însă o limitare importantă: deși extrem de poroase, erau în general foarte slab conductoare electric. Cercetarea lui Mircea Dincă și a echipei sale a contribuit la dezvoltarea unei noi clase de MOF-uri conductoare electric, schimbând astfel posibilitățile de utilizare ale acestor materiale.

Într-un studiu publicat în Nature Materials, laboratorul său a demonstrat primul supercondensator în care un MOF conductiv era utilizat ca unic material activ al electrozilor, fără aditivi conductori sau lianți. Dispozitivul și-a păstrat peste 90% din capacitate după 10.000 de cicluri de încărcare-descărcare. Rezultatul a arătat că porozitatea și conductivitatea pot fi reunite în aceeași arhitectură moleculară și că materialul poate fi proiectat pentru o funcție electrochimică precisă.

Astăzi, cercetările sale la Princeton se extind către materiale microporoase pentru stocarea energiei, baterii, supercondensatoare, cataliză și captarea apei din atmosferă. Una dintre direcțiile de cercetare urmărește controlarea dimensiunii porilor și a proprietăților lor chimice astfel încât materialele să poată capta apa din aer la umiditate scăzută și să o elibereze ulterior cu un consum energetic cât mai redus.

Rezultatele recente arată cât de precis poate fi controlat acest proces. Într-un studiu publicat în Nature Communications, un MOF dezvoltat pentru captarea apei atmosferice începe să adsoarbă abrupt apa de la o umiditate relativă de numai 4,3% și atinge o capacitate maximă de 0,41 grame de apă pentru fiecare gram de material, menținându-și performanța pe parcursul a peste 500 de cicluri de adsorbție și desorbție. Sunt rezultate experimentale care deschid o direcție de cercetare pentru obținerea apei din atmosferă în condiții de umiditate foarte scăzută.

Parcursul științific al lui Mircea Dincă urmează aceeași logică: înțelegerea structurii materiei la nivel molecular pentru a-i putea controla proprietățile la scară macroscopică. Născut și crescut la Făgăraș, a absolvit Princeton University în 2003, și-a obținut doctoratul la University of California, Berkeley, în 2008, apoi s-a alăturat MIT, unde a fost cadru didactic din 2010 și profesor titular din 2020. Din anul academic 2025–2026 este Alexander Stewart 1886 Professor of Chemistry la Princeton, universitatea la care și-a început formarea.

Importanța clasei de materiale pe care o studiază a fost consacrată în 2025, când Premiul Nobel (Nobel Prize) pentru Chimie a fost acordat lui Susumu Kitagawa, Richard Robson și Omar M. Yaghi pentru dezvoltarea rețelelor metal-organice. Academia Regală Suedeză a subliniat potențialul MOF-urilor pentru captarea apei din aerul uscat, captarea dioxidului de carbon, stocarea gazelor și cataliză. Cercetarea lui Dincă se înscrie în această evoluție a domeniului, prin dezvoltarea unor MOF-uri conductoare și prin explorarea unor noi funcții ale acestor materiale.

Pentru chimia contemporană, întrebarea devine tot mai precisă: dacă putem construi materia cu arhitectura dorită, putem controla și funcția pe care o îndeplinește. Cercetarea lui Mircea Dincă se află exact la această confluență – acolo unde chimia moleculară întâlnește stocarea energiei, apa și dezvoltarea unor materiale cu proprietăți proiectate.

Cercetarea lui Mircea Dincă, mecanismele fizico-chimice ale MOF-urilor conductoare și direcțiile în care aceste materiale sunt dezvoltate pentru energie și captarea apei vor fi analizate pe larg în revista InHouse of the Romanian Innovation.

Referințe științifice:

Sheberla, D., Bachman, J. C., Elias, J. S. et al. Conductive MOF electrodes for stable supercapacitors with high areal capacitance. Nature Materials 16, 220–224 (2017). https://doi.org/10.1038/nmat4766

Oppenheim, J., Yang, Z., Dinakar, B. et al. High-capacity water sorbent cycles without hysteresis under dry conditions. Nature Communications 16, 4297 (2025). https://doi.org/10.1038/s41467-025-59551-2