Materiales huecos: la clave para que los científicos ganen el Premio Nobel de Química 2025

(Dan Tri) - El Premio Nobel de Química 2025 acaba de honrar a tres científicos que inventaron las estructuras metalorgánicas, abriendo una nueva era para la tecnología para almacenar, separar y procesar materia a nivel molecular.

En la tarde del 8 de octubre, la Real Academia Sueca de Ciencias anunció que el Premio Nobel de Química 2025 fue otorgado a tres científicos, Susumu Kitagawa, Richard Robson y Omar M. Yaghi, por sus contribuciones pioneras al desarrollo de estructuras metalorgánicas (MOF).

Retratos de los tres científicos que ganaron el Premio Nobel de Química 2025.

Según la Asamblea Nobel, este es un punto de inflexión para la formación de un lenguaje completamente nuevo en la ciencia de los materiales. Los metales y los compuestos orgánicos están intrincadamente conectados para formar redes porosas capaces de almacenar, separar y transformar moléculas, una dirección considerada revolucionaria en la tecnología energética, ambiental y química moderna.

La mágica combinación de metal y orgánico.

Las estructuras metalorgánicas son estructuras cristalinas formadas por iones metálicos o grupos metálicos unidos a enlaces orgánicos en una estructura ordenada y repetida, formando una red tridimensional.

En el espacio entre los nodos metálicos y las moléculas de enlace, existen grandes huecos, lo que hace que este material sea extremadamente poroso. A diferencia de los materiales sólidos tradicionales, la superficie de las estructuras metalorgánicas puede alcanzar miles de metros cuadrados por gramo.

Estructura hueca dentro de un marco metalorgánico (Foto: MOF Technologies).

En una entrevista con la revista Chemistry World en 2017, el profesor Omar Yaghi afirmó que la porosidad de algunos MOF puede alcanzar los 10 000 m²/gramo (diez veces mayor que la de otros materiales porosos). Un gramo de MOF puede tener una superficie interna equivalente a aproximadamente dos campos de fútbol americano. Esta característica confiere a los MOF la capacidad de adsorber, almacenar o separar moléculas de forma controlada, muy superior a la de otros materiales porosos como la zeolita o la sílice.

Según el Comité Nobel, se trata de «materiales con una porosidad sin precedentes en la naturaleza, que aun así mantienen la estabilidad y sostenibilidad de sus estructuras cristalinas». Gracias a la capacidad de combinar la flexibilidad de los compuestos orgánicos con la durabilidad de los metales, las estructuras metalorgánicas se han convertido en uno de los inventos más importantes de la química del siglo XXI.

De la idea a la revolución científica

El desarrollo de estructuras metalorgánicas es una historia que abarca más de tres décadas, comenzando con los primeros experimentos de Richard Robson en la Universidad de Melbourne (Australia) a fines de la década de 1980.

Fue pionero en la construcción de las primeras estructuras metalorgánicas, al percatarse de que la unión de iones metálicos a moléculas orgánicas podía crear estructuras cristalinas que se extendían en una, dos o tres dimensiones. Sin embargo, estos primeros materiales solían ser inestables y colapsaban al exponerse a disolventes o altas temperaturas.

Los iones metálicos y las moléculas orgánicas se combinan cuidadosamente para formar una estructura similar a un marco tetraédrico metálico (Imagen: Real Academia Sueca de Ciencias).

A mediados de la década de 1990, Susumu Kitagawa, entonces en la Universidad de Kioto, demostró que el gas podía penetrar y moverse dentro de las estructuras cristalinas metalorgánicas que había creado. Este fue un gran avance, demostrando por primera vez que los materiales sólidos podían interactuar dinámicamente con su entorno.

También durante este período, Omar M. Yaghi, un joven químico estadounidense, desarrolló un método de síntesis que producía estructuras metalorgánicas estables y térmicamente estables con estructuras definidas con precisión. Sentó las bases del concepto de «química reticular», un enfoque que permite la unión intencionada de componentes moleculares para formar redes cristalinas con propiedades predeterminadas.

La estructura de un material estable, MOF-5 -creado por Yaghi- tiene espacios cúbicos (Imagen: Real Academia Sueca de Ciencias).

Gracias a las contribuciones de tres científicos, este nuevo campo de investigación se ha convertido en una dirección independiente en la química de materiales moderna, con decenas de miles de estructuras metalorgánicas sintetizadas y aplicadas en muchos campos de alta tecnología.

Aplicaciones ampliadas de la invención del siglo

La investigación demuestra que, gracias a sus propiedades “porosas pero fuertes”, las estructuras metalorgánicas pueden asumir muchas funciones que antes eran imposibles para los materiales sólidos.

El comunicado de prensa del Comité Nobel indicó que las estructuras metalorgánicas pueden utilizarse para adsorber y almacenar CO₂ en sus estructuras porosas, lo que contribuye a reducir las emisiones de gases de efecto invernadero. Algunas estructuras metalorgánicas pueden capturar vapor de agua del aire seco del desierto, utilizando únicamente la humedad natural del aire, convirtiendo la energía solar en agua limpia. Esta tecnología se considera especialmente útil en zonas con escasez de recursos hídricos.

Gracias a su gran superficie y selectividad, los MOF también se utilizan para filtrar compuestos orgánicos volátiles, eliminar metales pesados ​​o sustancias químicas tóxicas de las aguas residuales y separar gases nobles como el helio o el hidrógeno. Los científicos están explorando estructuras metalorgánicas para el almacenamiento de energía, especialmente hidrógeno y metano, dos posibles combustibles limpios.

Miembros del laboratorio de investigación de Yaghi (Foto: Universidad de California, Berkeley).

Cabe destacar que el profesor Omar Yaghi también ganó el Premio VinFuture en 2021, en la categoría “Innovadores con logros sobresalientes en campos emergentes” (científicos que investigan nuevos campos).

La investigación sobre MOF también se considera una dirección de desarrollo potencial para Vietnam, ya que el país está promoviendo la transformación verde y desarrollando materiales avanzados para las industrias energética, ambiental y biomédica.

A través de programas como VinFuture InnovaConnect, los científicos vietnamitas tienen la oportunidad de conectarse directamente con la comunidad de investigación internacional, ampliando la cooperación en campos emergentes como MOF, baterías de próxima generación o captura de carbono.

El profesor Omar Yaghi en la primera ceremonia de entrega del Premio VinFuture.

Durante el anuncio del Premio Nobel 2025, el profesor Heiner Linke, presidente del Comité Nobel de Química, dijo:

“Las estructuras metalorgánicas tienen un potencial enorme y abren oportunidades sin precedentes para crear materiales de ingeniería con propiedades personalizadas para nuevos propósitos”.

Estos materiales prometen ayudar a resolver desafíos globales como la contaminación del aire, el cambio climático, la falta de agua limpia y el almacenamiento de energía renovable, problemas que enfrenta la humanidad en el siglo XXI.

Mensaje del Premio Nobel de Química 2025

El Premio Nobel de Química 2025 no sólo honra a tres científicos destacados, sino que también envía un mensaje profundo, una nueva forma de pensar en la ciencia de los materiales: el "vacío" ya no es sólo un vacío sin sentido, sino que está lleno de potencial.

Desde una perspectiva científica, la invención de estructuras metalorgánicas representa una transición del descubrimiento de materiales a la creación de nuevos materiales. Los seres humanos ya no dependen completamente de la naturaleza, sino que pueden diseñar nuevos materiales con estructuras y funciones para un propósito específico.

La influencia de los marcos metalorgánicos no se detiene en las aplicaciones actuales, sino que también allana el camino para el desarrollo de una nueva generación de materiales, como los marcos orgánicos covalentes (COF) y los marcos de imidazolato zeolítico (ZIF), con capacidades similares o incluso superiores en el futuro.

Se han sintetizado muchos otros tipos de estructuras MOF, cada una de las cuales cumple sus propias funciones (Foto: Real Academia Sueca de Ciencias).

Desde los pequeños laboratorios donde se cultivaron los primeros cristales hasta la visión de sistemas materiales que pueden filtrar gases tóxicos, “exprimir agua” del aire y almacenar energía, el viaje para desarrollar estructuras metalorgánicas ejemplifica el espíritu de la ciencia moderna: innovación, colaboración interdisciplinaria y un impulso hacia el valor sustentable.

Fuente: https://dantri.com.vn/khoa-hoc/vat-lieu-rong-chia-khoa-giup-cac-nha-khoa-hoc-gianh-nobel-hoa-hoc-2025-20251009215157748.htm