Materiais ocos - a chave para ajudar cientistas a ganhar o Prêmio Nobel de Química de 2025

(Dan Tri) - O Prêmio Nobel de Química de 2025 acaba de homenagear três cientistas que inventaram estruturas metal-orgânicas, abrindo uma nova era para a tecnologia de armazenamento, separação e processamento de matéria em nível molecular.

Na tarde de 8 de outubro, a Real Academia Sueca de Ciências anunciou que o Prêmio Nobel de Química de 2025 foi para três cientistas, Susumu Kitagawa, Richard Robson e Omar M. Yaghi, por suas contribuições pioneiras ao desenvolvimento de estruturas metal-orgânicas (MOFs).

Retratos dos três cientistas que ganharam o Prêmio Nobel de Química de 2025.

Segundo a Assembleia Nobel, este é um ponto de virada para a formação de uma linguagem completamente nova na ciência dos materiais. Metais e compostos orgânicos estão intrinsecamente conectados para formar redes porosas capazes de armazenar, separar e transformar moléculas — uma direção considerada revolucionária na tecnologia moderna de energia, meio ambiente e química.

A combinação mágica de metal e orgânico

Estruturas metal-orgânicas são estruturas cristalinas compostas de íons metálicos ou aglomerados metálicos ligados a ligantes orgânicos em uma estrutura ordenada e repetitiva, formando uma rede tridimensional.

No espaço entre os nós metálicos e as moléculas de ligação, existem grandes vazios, tornando este material extremamente poroso. Ao contrário dos materiais sólidos tradicionais, a área de superfície das estruturas metal-orgânicas pode atingir milhares de metros quadrados por grama.

Estrutura oca dentro de uma estrutura metal-orgânica (Foto: MOF Technologies).

Em entrevista à revista Chemistry World em 2017, o professor Omar Yaghi afirmou que a porosidade de alguns MOFs pode chegar a 10.000 m²/grama (10 vezes maior do que a de outros materiais porosos). Um grama de MOF pode possuir uma área de superfície interna equivalente a cerca de dois campos de futebol americano. É essa característica que confere aos MOFs a capacidade de adsorver, armazenar ou separar moléculas de forma controlada, muito superior à de outros materiais porosos, como zeólita ou sílica.

De acordo com o Comitê Nobel, esses são “materiais com porosidade sem precedentes na natureza, mas que ainda mantêm a estabilidade e a sustentabilidade de suas estruturas cristalinas”. Graças à capacidade de combinar a flexibilidade dos compostos orgânicos com a durabilidade dos metais, as estruturas metal-orgânicas se tornaram uma das invenções mais importantes da química do século XXI.

Da ideia à revolução científica

O desenvolvimento de estruturas metal-orgânicas é uma história que abrange mais de três décadas, começando com os primeiros experimentos de Richard Robson na Universidade de Melbourne (Austrália) no final da década de 1980.

Ele foi pioneiro na construção das primeiras estruturas metal-orgânicas, percebendo que a ligação de íons metálicos a moléculas orgânicas poderia criar estruturas cristalinas que se estendiam em uma, duas ou três dimensões. No entanto, esses materiais iniciais eram frequentemente instáveis ​​e colapsavam quando expostos a solventes ou altas temperaturas.

Íons metálicos e moléculas orgânicas são cuidadosamente combinados para formar uma estrutura semelhante a uma estrutura tetraédrica metálica (Imagem: Academia Real Sueca de Ciências).

Em meados da década de 1990, Susumu Kitagawa, então na Universidade de Kyoto, demonstrou que o gás podia penetrar e se mover dentro das estruturas cristalinas metal-orgânicas que ele havia criado. Este foi um grande avanço, demonstrando pela primeira vez que materiais sólidos podiam interagir dinamicamente com o ambiente.

Também durante esse período, Omar M. Yaghi, um jovem químico americano, desenvolveu um método de síntese que produzia estruturas metal-orgânicas estáveis ​​e termicamente estáveis, com estruturas precisamente definidas. Ele lançou as bases para o conceito de "química reticular" – uma abordagem que permite a ligação intencional de blocos de construção moleculares para formar redes cristalinas com propriedades predeterminadas.

A estrutura de um material estável, MOF-5 - criado por Yaghi - tem espaços cúbicos (Imagem: Academia Real Sueca de Ciências).

Graças às contribuições de três cientistas, esse novo campo de pesquisa se desenvolveu em uma direção independente na química moderna de materiais, com dezenas de milhares de estruturas de estruturas metal-orgânicas sintetizadas e aplicadas em muitos campos de alta tecnologia.

Aplicações estendidas da invenção do século

A pesquisa demonstra que, graças às suas propriedades “porosas, porém fortes”, as estruturas metal-orgânicas podem assumir muitas funções que antes eram impossíveis para materiais sólidos.

O comunicado de imprensa do Comitê Nobel afirmou que estruturas metal-orgânicas podem ser usadas para adsorver e armazenar CO₂ em suas estruturas porosas, ajudando a reduzir as emissões de gases de efeito estufa. Algumas estruturas metal-orgânicas podem capturar vapor de água do ar seco do deserto, utilizando apenas a umidade natural do ar, convertendo energia solar em água limpa. Esta é considerada uma tecnologia particularmente útil para áreas com recursos hídricos escassos.

Graças à sua alta área de superfície e seletividade, os MOFs também são usados ​​para filtrar compostos orgânicos voláteis, remover metais pesados ​​ou produtos químicos tóxicos de águas residuais e separar gases nobres, como hélio ou hidrogênio. Cientistas agora estão explorando estruturas metal-orgânicas para armazenamento de energia, especialmente hidrogênio e metano – dois potenciais combustíveis limpos.

Membros do laboratório de pesquisa Yaghi (Foto: Universidade da Califórnia, Berkeley).

Vale destacar que o Professor Omar Yaghi também ganhou o Prêmio VinFuture em 2021, na categoria “Inovadores com Conquistas Excepcionais em Campos Emergentes” (cientistas pesquisando novos campos).

A pesquisa sobre MOFs também é considerada uma possível direção de desenvolvimento para o Vietnã, já que o país está promovendo a transformação verde e desenvolvendo materiais avançados para as indústrias de energia, meio ambiente e biomédica.

Por meio de programas como o VinFuture InnovaConnect, cientistas vietnamitas têm a oportunidade de se conectar diretamente com a comunidade internacional de pesquisa, expandindo a cooperação em campos emergentes, como MOFs, baterias de última geração ou captura de carbono.

Professor Omar Yaghi na primeira cerimônia de premiação do Prêmio VinFuture.

Durante o anúncio do Prêmio Nobel de 2025, o professor Heiner Linke, presidente do Comitê Nobel de Química, disse:

“Estruturas metal-orgânicas têm um potencial enorme, abrindo oportunidades sem precedentes para criar materiais projetados com propriedades personalizadas para novos propósitos.”

Esses materiais prometem ajudar a resolver desafios globais como poluição do ar, mudanças climáticas, falta de água limpa e armazenamento de energia renovável – problemas que a humanidade enfrenta no século XXI.

Mensagem do Prêmio Nobel de Química 2025

O Prêmio Nobel de Química de 2025 não apenas homenageia três cientistas excepcionais, mas também envia uma mensagem profunda, uma nova maneira de pensar na ciência dos materiais: o "vazio" não é mais apenas um vazio sem sentido, mas está cheio de potencial.

Do ponto de vista científico, a invenção de estruturas metal-orgânicas representa uma mudança da descoberta de materiais para a criação de novos materiais. Os humanos não são mais completamente dependentes da natureza, mas podem projetar novos materiais com estruturas e funções para uma finalidade específica.

A influência das estruturas metal-orgânicas não se limita às aplicações atuais, mas também abre caminho para o desenvolvimento de uma nova geração de materiais, como: Estruturas Orgânicas Covalentes (COFs) e Estruturas Zeolíticas de Imidazolato (ZIFs) - com capacidades semelhantes, ou até superiores, no futuro.

Muitos outros tipos de estruturas MOF foram sintetizados, cada um servindo às suas próprias funções (Foto: Academia Real Sueca de Ciências).

Dos pequenos laboratórios onde os primeiros cristais foram cultivados, até a visão de sistemas materiais que podem filtrar gases tóxicos, "espremer água" do ar e armazenar energia, a jornada para desenvolver estruturas metal-orgânicas exemplifica o espírito da ciência moderna: inovação, colaboração interdisciplinar e um impulso para valor sustentável.

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