Estructuras porosas que atrapan gases, purifican agua y prometen transformar la química del siglo XXI.
Este año el Premio Nobel de Química se otorgó a Susumu Kitagawa, Richard Robson y Omar Yaghi por sus innovadoras contribuciones al desarrollo de estructuras metalorgánicas o Metal-Organic Frameworks (MOFs, por sus siglas en inglés), una clase de materiales con poros moleculares diseñables que pueden “atrapar” gases y sustancias específicas.
Los MOFs combinan iones metálicos con ligandos orgánicos (moléculas que los conectan) para formar estructuras cristalinas con cavernas internas.
Lo fascinante de ellos es que esas cavidades son lo suficientemente grandes para que moléculas como las de dióxido de carbono (CO2), vapor de agua o gases tóxicos entren, se alojen temporalmente y luego sean liberadas bajo condiciones controladas.
Orígenes
El trabajo pionero inició con Robson en los ochenta, cuando combinó iones de cobre con moléculas orgánicas para formar estructuras tipo diamante, previendo la posibilidad de poros internos. Sin embargo, esos primeros compuestos eran inestables y colapsaban.
Luego entraron en escena Kitagawa y Yaghi, quienes optimizaron estabilidad, flexibilidad y modularidad, permitiendo que esas redes porosas sean personalizables para distintas funciones.
Kitagawa demostró que los MOFs podían “respirar” gases —es decir, reajustar su estructura al absorber o liberar moléculas—, mientras que Yaghi desarrolló métodos de diseño que permitieron construir miles de variantes.
Uno de los ejemplos más conocidos es el MOF-5, construido originalmente por el grupo de Yaghi: se considera uno de los MOFs con mayor área superficial por unidad de volumen.
Según la Academia Sueca estos materiales representan una “arquitectura molecular con habitaciones para la química”: espacios en los que moléculas pueden fluir, reaccionar o quedar retenidas. Con estos inventos, los ganadores abrieron oportunidades para “materiales a medida con nuevas funciones”.
Las aplicaciones propuestas van desde la captura de CO2 hasta la purificación del agua, el almacenamiento de gases y la catálisis química.
La comunidad científica aplaudió este Nobel de Química 2025 como un reconocimiento largamente esperado para un campo que ha crecido en décadas.
Aplicaciones y promesas
Los MOFs ya se están explorando en múltiples frentes.
Captura de dióxido de carbono (CO2) Algunos MOFs están diseñados para retener CO2 industrialmente, ayudando a disminuir emisiones.
Cosecha de agua del aire En lugares áridos ciertos MOFs pueden extraer humedad del ambiente para luego condensarla como agua utilizable.
Purificación del agua y remoción de contaminantes Se emplean para eliminar sustancias tóxicas, fármacos residuales o PFAS (químicos eternos) del agua.
Almacenamiento de hidrógeno o metano Su gran porosidad permite almacenar gases para combustibles limpios.
Liberación controlada de fármacos Algunos MOFs pueden actuar como “cápsulas” que liberan medicina en sitios específicos del cuerpo.
Catálisis química mejorada Facilitan reacciones químicas al alojar moléculas reagentes en sus cavidades, manteniendo alta eficiencia.
También hay avances recientes en combinar Inteligencia Artificial (IA) y aprendizaje automático para diseñar MOFs nuevos más rápidamente: modelos que generan arquitecturas, predicen propiedades y filtran candidatos sintetizables.
Un ejemplo reciente es MOFGen, una herramienta de IA que produce cientos de miles de posibles estructuras y ha permitido ya sintetizar algunos de sus diseños prometedores.
Otro trabajo llamado BBA MOF Diffusion introduce un modelo generativo con conocimiento de bloques constructivos para expandir el espacio de diseño.
Asimismo, el proyecto MOFGPT usa redes tipo GPT (transformadores generativos preentrenados) con refuerzo para generar MOFs con atributos deseables.
Desafíos y límites
Aunque prometedores, los MOFs no están exentos de obstáculos.
Escalabilidad Sintetizar MOFs en gran volumen y mantener su integridad estructural sigue siendo un reto.
Estabilidad frente a humedad y temperatura Algunos colapsan o se degradan en condiciones reales.
Costos de producción Algunas ligaduras orgánicas o iones metálicos son costosos o difíciles de manejar.
Selección de candidatos útiles El espacio de diseño es inmenso, por lo que elegir los más prometedores requiere herramientas de filtrado robustas.
Integración práctica Adaptar los MOFs en dispositivos reales (filtros, tanques, membranas) requiere innovación en ingeniería.
Impacto y futuro
El reconocimiento Nobel refuerza que la nueva frontera no es solo descubrir materiales, sino además utilizarlos para resolver crisis mundiales como el cambio climático, la escasez de agua y la transición energética.
Con MOFs la química molecular se vuelve arquitectónica y modular y se pueden “construir” materiales adaptados a la función deseada.
En los próximos años es probable que se encuentren MOFs comerciales para purificación de aire en ciudades, membranas de separación para industrias, dispositivos de captación de agua para regiones áridas y sistemas híbridos con IA que innoven sin necesidad de ensayo-error experimental extensivo.
Además, la fusión de MOFs con otras tecnologías —como membranas mixtas, materiales compuestos, nanomateriales o incluso biología sintética— podría crear soluciones más eficientes y versátiles.
¿Qué son?
Los MOFs son materiales cristalinos formados por iones metálicos unidos mediante moléculas orgánicas que crean una estructura porosa tridimensional.
Tienen una superficie interna gigantesca: un solo gramo puede cubrir el equivalente a varios campos de futbol.
Sus poros pueden diseñarse a medida para capturar gases, almacenar energía o filtrar contaminantes.
Funcionan como “esponjas moleculares”, atrapando selectivamente sustancias como dióxido de carbono, hidrógeno, metano o incluso moléculas de agua.
Fuente: ScienceDirect
Aplicaciones que transforman la química moderna
Los MOFs están abriendo nuevas fronteras tecnológicas.
Captura de carbono Retienen CO₂ directamente de chimeneas industriales, ayudando a combatir el cambio climático.
Purificación del agua Eliminan metales pesados, pesticidas y microplásticos con gran eficiencia.
Almacenamiento de energía Permiten guardar hidrógeno o metano de manera segura y compacta.
Medicina y biotecnología Se exploran como vehículos para liberar fármacos de forma controlada
Fuente: Nature