Chimistul Mircea Dincă captează apă din aer, dezvoltând o cercetare premiată cu Nobel

Cercetările echipei lui Dincă au contribuit la dezvoltarea MOF-urilor conductoare electric și la obținerea unor materiale capabile să adsorbă apă din aer în condiții de umiditate foarte scăzută. În 2025, dezvoltarea MOF-urilor a fost recompensată cu Premiul Nobel pentru Chimie.

Mircea Dincă lucrează într-un domeniu în care chimia nu mai înseamnă doar descoperirea unor substanțe, ci și construirea unor arhitecturi moleculare cu proprietăți precis controlate. Profesorul român este, din 2025, Alexander Stewart 1886 Professor of Chemistry la Princeton University, după o perioadă de peste un deceniu la Massachusetts Institute of Technology, SUA.

În centrul cercetărilor sale se află rețelele metal-organice, sau MOF-urile (metal-organic frameworks). Aceste materiale cristaline sunt construite din ioni sau clustere metalice conectate prin molecule organice, formând structuri cu cavități și pori extrem de mici, anunță Autoritatea Națională pentru Cercetare.

Mircea Dincă și arhitectura invizibilă a materiei

Imaginea unor bureți este utilă pentru a înțelege principiul, deși scara este cu totul diferită. Princeton Chemistry explică faptul că suprafața internă a unor asemenea materiale poate ajunge la valori atât de mari încât un gram de MOF poate avea o suprafață internă comparabilă cu cea a unui teren de fotbal.

Această porozitate nu este doar o curiozitate structurală. Spațiile microscopice pot fi proiectate astfel încât să interacționeze selectiv cu anumite molecule. De aici rezultă posibilitatea folosirii MOF-urilor pentru stocarea și separarea gazelor, cataliză, stocarea energiei sau captarea apei.

Când un material foarte poros începe să conducă electricitatea

Una dintre problemele importante ale MOF-urilor era aparenta contradicție dintre porozitatea lor extraordinară și conductivitatea electrică redusă. Cercetările grupului condus de Mircea Dincă au contribuit la dezvoltarea unei clase de MOF-uri conductoare, deschizând posibilități pentru utilizarea lor în dispozitive electrochimice.

Un rezultat devenit reper a fost publicat în Nature Materials. În studiul din 2017, cercetătorii au demonstrat un supercondensator în care MOF-ul conductiv Ni₃(HITP)₂ putea fi folosit ca material activ al electrozilor, fără adăugarea unor materiale conductoare sau a unor lianți. Dispozitivul și-a păstrat mai mult de 90% din capacitate după 10.000 de cicluri.

Importanța rezultatului stă tocmai în combinarea unor proprietăți care păreau greu de reunit: o structură extrem de poroasă și capacitatea de a transporta sarcină electrică. Suprafața internă mare poate fi exploatată în procese electrochimice, iar arhitectura moleculară permite, cel puțin în principiu, reglarea proprietăților materialului.

Apa din aer, captată în condiții de secetă extremă

O altă direcție a cercetării lui Dincă privește interacțiunea dintre apă și porii minusculi ai MOF-urilor. Problema este deosebit de interesantă pentru regiunile aride, unde apa din atmosferă există, dar umiditatea poate fi foarte scăzută.

Într-un studiu publicat în Nature Communications în mai 2025, Julius Oppenheim, Zhentao Yang, Bhavish Dinakar și Mircea Dincă au analizat MOF-ul SU-102 și efectul schimbării ionilor din structura sa asupra absorbției vaporilor de apă. Materialul modificat cu magneziu, Mg-SU-102, a început să capteze apa la o umiditate relativă de 4,3% și a atins o capacitate maximă de 0,41 grame de apă pentru fiecare gram de material.

Mai important pentru eventualele aplicații este comportamentul la cicluri repetate. Cercetătorii au testat materialul în peste 500 de cicluri de adsorbție și desorbție. Ei au observat o pierdere redusă de capacitate și practic fără histerezis. Studiul arată astfel nu că apa atmosferică poate fi deja colectată în orice condiții. A arătat că există un principiu experimental promițător pentru proiectarea unor sorbenți capabili să funcționeze la umidități foarte mici.

O chimie în care porul devine instrument

Ceea ce face interesantă această familie de materiale este posibilitatea de a modifica foarte fin mediul în care moleculele ajung să intre. În cercetarea asupra SU-102, schimbarea ionilor din structură a influențat umiditatea la care începea absorbția apei.

Cu alte cuvinte, nu este suficient să creezi un material cu goluri. Trebuie să poți controla ce se întâmplă în acele goluri.

Această idee se află în centrul cercetării lui Dincă la Princeton. Laboratorul său urmărește dezvoltarea unor materiale microporoase conductoare electric pentru aplicații în baterii, supercondensatoare și alte dispozitive de stocare a energiei. Alte aplicații sunt pentru cataliză și probleme legate de mediu.

Parcursul cercetătorului explică și această continuitate. Născut și crescut în România până la vârsta de 19 ani, Mircea Dincă a absolvit Princeton în 2003. El a obținut doctoratul în chimie anorganică la University of California, Berkeley, în 2008. În 2010 și-a început cariera independentă la MIT, unde a devenit profesor titular în 2020. Din 2025, laboratorul său funcționează la Princeton.

MOF-urile, descoperirea care a primit Nobelul pentru Chimie

În 2025, importanța domeniului a fost confirmată la cel mai înalt nivel al cercetării științifice. Premiul Nobel pentru Chimie a fost acordat lui Susumu Kitagawa, Richard Robson și Omar M. Yaghi „pentru dezvoltarea rețelelor metal-organice”.

Comitetul Nobel a subliniat tocmai versatilitatea acestor structuri. Prin alegerea componentelor moleculare, chimiștii pot construi materiale cu cavități capabile să capteze și să stocheze substanțe diferite. Printre aplicațiile potențiale menționate se află captarea apei din aerul deșertic, captarea dioxidului de carbon, stocarea gazelor și cataliza.

În această poveste a chimiei contemporane, cercetarea lui Mircea Dincă ocupă un loc distinct. El dezvoltă MOF-urile conductoare și contribuie la explorarea modului în care porozitatea poate fi transformată într-o funcție utilă pentru energie și mediu.

De la un supercondensator care își păstrează performanța după mii de cicluri până la un material care poate capta apă la numai 4,3% umiditate relativă, firul comun este aceeași idee. Proprietățile materiei pot fi proiectate pornind de la arhitectura ei moleculară.

Dacă mulți credeau că o știință precum chimia nu prea mai poate aduce mari noutăți, un român e implicat într-o descoperire extrem de utlă. Frumusețea promisiunii pe care ne-o face chimia moderne este că nu ajunge doar să descoperim materia, ci trebuie să învățăm să-i construim cu precizie funcțiile.