Premio Nobel de Química 2025
(nobelprize.org)- Susumu Kitagawa, Richard Robson, Omar M. Yaghi recibieron el Premio Nobel de Química 2025 por el desarrollo de los marcos metal-orgánicos (MOF)
- Los MOF son arquitecturas moleculares con grandes cavidades, con potencial para aplicaciones como almacenamiento de moléculas de agua, captura de carbono, almacenamiento de hidrógeno y eliminación de contaminantes
- Gracias al diseño inicial y la puesta en práctica de MOF innovadores, se hizo posible desarrollar decenas de miles de materiales químicos personalizados
- A diferencia de los materiales existentes, los MOF destacan por ventajas únicas como flexibilidad, combinaciones moleculares diversas y alta funcionalidad
- Los MOF están proponiendo nuevas soluciones químicas en la investigación y la industria, y están emergiendo como un material clave del siglo XXI
Creación de nuevos espacios para la química: Premio Nobel de Química 2025
Resumen
- El Premio Nobel de Química 2025 fue otorgado a Susumu Kitagawa, Richard Robson, Omar M. Yaghi
- Ellos desarrollaron unas estructuras moleculares innovadoras llamadas marcos metal-orgánicos (MOF, Metal–Organic Frameworks)
- Los MOF son arquitecturas que contienen cavidades internas muy grandes, por las que pueden entrar y salir diversas moléculas
- Esto ha permitido aplicaciones innovadoras como la extracción de agua del aire del desierto, eliminación de contaminantes, captura de dióxido de carbono y almacenamiento de hidrógeno
Origen del MOF y la idea detrás de él
Una idea nacida de un modelo molecular de madera (Richard Robson)
- En 1974, Richard Robson creó un modelo molecular de madera para la enseñanza de estudiantes y se inspiró en la forma en que se enlazan los átomos
- Ideó combinar iones metálicos, como un ión de cobre, que se enlazan en cuatro direcciones, con una molécula orgánica de cuatro brazos
- Como resultado, creó por primera vez un cristal molecular ordenado con cavidades internas muy grandes
- En 1989 publicó esta estructura innovadora y anticipó una nueva forma de diseñar materiales
Experimentos y una propuesta orientada al futuro
- Robson fusionó diversos iones y moléculas para crear estructuras con cavidades, y demostró experimentalmente que era posible el intercambio de iones en su interior
- Estas estructuras mostraron su potencial para expandirse hacia nuevos materiales químicos, como catalizadores de reacciones químicas selectivas
- Aunque en ese momento las estructuras eran inestables, su visión orientada al futuro inspiró a investigadores posteriores
La exploración independiente de Kitagawa y Yaghi
Kitagawa: “la utilidad de lo inútil”
- Susumu Kitagawa desarrolló al principio estructuras moleculares porosas sin una aplicación especial, bajo el principio de “la utilidad de lo inútil”
- Tras presentar en 1992 una estructura bidimensional basada en iones de cobre, en 1997 logró un MOF tridimensional durable y capaz de almacenar gases
- Comparados con los zeolites, los MOF tienen fortalezas propias como la flexibilidad del material y la diversidad de las moléculas que los componen
- En 1998 propuso el concepto de flexibilidad en los MOF, presentando un nuevo paradigma para la academia
Yaghi: la perseverancia del diseño a escala atómica
- Omar Yaghi creció en un entorno difícil y desarrolló una profunda curiosidad por la estructura molecular
- En 1992, en Arizona State University, intentó un diseño molecular racional y presentó un MOF bidimensional combinando iones metálicos y moléculas orgánicas
- En 1995 propuso por primera vez el término “metal–organic framework”, liderando desde entonces el campo de los MOF
- En 1999 desarrolló el material emblemático MOF-5, demostrando su carácter innovador al ofrecer, con solo 2~3 g, una superficie interna del tamaño de una cancha de fútbol
- Entre 2002 y 2003 demostró que era posible diseñar ventajosamente MOF con cavidades de distintos tamaños
Aplicaciones e impacto de los MOF
Uso innovador en múltiples áreas
- Los MOF pueden diseñarse a medida a nivel molecular, por lo que permiten decenas de aplicaciones de alta funcionalidad como absorción de agua, almacenamiento de gases, liberación de fármacos, captura de gases tóxicos y descomposición de contaminantes
- El grupo de Yaghi demostró posibilidades de uso reales, como extraer agua del aire del desierto
- Materiales MOF como UiO-67, MIL-101, ZIF-8, CALF-20 y NU-1501 se están aplicando experimentalmente en la industria para almacenamiento de hidrógeno/dióxido de carbono, eliminación de PFAS y extracción de tierras raras
Expectativas como material del futuro del siglo XXI
- Actualmente los MOF están en una etapa de investigación a pequeña escala y producción de prototipos, pero ya se está impulsando seriamente su producción masiva y comercialización
- También están atrayendo atención como soluciones a problemas climáticos y ambientales, como almacenamiento de gases nocivos en la industria electrónica, captura de carbono y almacenamiento de hidrógeno
- Muchos investigadores prevén que los MOF se convertirán en un nuevo material representativo del siglo XXI
Trayectoria de los principales galardonados
- Susumu Kitagawa: nacido en 1951 en Kioto, Japón; doctorado en la Universidad de Kioto; profesor en la Universidad de Kioto
- Richard Robson: nacido en 1937 en el Reino Unido; doctorado en la Universidad de Oxford; profesor en la Universidad de Melbourne
- Omar M. Yaghi: nacido en 1965 en Amán, Jordania; doctorado en la Universidad de Illinois; profesor en UC Berkeley
Información adicional
- Más antecedentes y materiales científicos están disponibles en www.nobelprize.org
- Los videos, conferencias e información sobre exposiciones relacionadas con el premio pueden consultarse en el sitio oficial del Nobel Prize Museum
Premio Nobel de Química 2025 por el desarrollo de los marcos metal-orgánicos
Susumu Kitagawa, Richard Robson, Omar M. Yaghi
“for the development of metal–organic frameworks”
© The Royal Swedish Academy of Sciences
1 comentarios
Comentarios de Hacker News
Felicitan a los ganadores y mencionan que es un logro realmente merecido. En pocas palabras, los materiales porosos tipo esponja sirven para acelerar velocidades de reacción y para capturar y liberar moléculas (agua, CO2, contaminantes, etc.); mientras mayor sea el área superficial, más valiosos resultan. Antes se usaban sobre todo zeolitas (minerales de aluminosilicato naturales y sintéticos), pero las zeolitas sintéticas casi siempre se fabricaban por prueba y error. Los MOF (Metal-Organic Frameworks) pueden diseñarse de antemano y su área superficial es mucho mayor que la de las zeolitas (las zeolitas suelen tener 20-400 m2/gramo, mientras que los MOF tienen 1000-7000+ m2/gramo). Por ahora los MOF siguen siendo caros, así que no queda otra que usar zeolitas, pero su accesibilidad ha mejorado hasta el punto de que ya se pueden comprar MOF incluso en Amazon, y se espera que los MOF más simples bajen de precio en el futuro.
Una historia sobre un momento de “¡ajá!” le inspira a manipular ideas de forma física. Recuperó unas bolas de madera e intentó hacer modelos moleculares, y entonces se dio cuenta de que la información estaba oculta en la posición de los agujeros. Automáticamente se formaron la forma y la estructura correctas, y eso llevó a la idea de diseñar nuevas estructuras moleculares aprovechando las propiedades de los átomos.
Esto recuerda una anécdota de Richard Feynman en <Surely You Must Be Joking, Mr. Feynman>, cuando estaba atorado con sus ideas y, al observar un plato girando en un restaurante, terminó estudiando una relación matemática. En ese momento ese cálculo matemático no tenía un propósito especial, pero después desempeñó un papel decisivo para que ganara el Nobel. El mensaje es que nunca hay que subestimar el poder del juego.
Estos materiales se sienten literalmente como una versión real de una esponja de Menger con una enorme área superficial interna. Hace 15 años, trabajando como becario en una empresa de catalizadores de desulfuración (catalizadores que eliminan el azufre del crudo para que el combustible no huela mal), hizo varios MOF estables al aire y fáciles de manejar. Como las reacciones entre el fluido y el catalizador ocurren en la superficie del catalizador, mientras mayor sea el área superficial, mayor es la velocidad y la eficacia de la reacción. Intentó reproducir MOF siguiendo artículos académicos, y recuerda que toda la empresa quedó impactada por lo enorme que era realmente el área superficial interna. Dice que solo reprodujo un experimento y midió el área superficial, pero aun así recibió la mejor calificación, por lo que agradece a Yaghi y a su equipo por haber creado los MOF y lo recuerda siempre como una gran experiencia.
Se plantea la duda de si, aunque experimentar con estas cosas está muy bien, para usarlas en la industria real habría que preocuparse por costosas regalías debido a patentes o licencias.
Reacciona con humor a la frase “una versión real de una esponja de Menger con una enorme área superficial interna”, como diciendo que él siempre ha estado ahí.
Los MOF han sido un tema “hot” en química durante la última década, así que el premio no sorprende demasiado; felicitan a los ganadores.
La explicación está muy bien escrita y eso se agradece, pero hay algunos detalles que decepcionan. Le molestó que en ‘metal–organic’ se usara un en dash en lugar de un guion, y que en “the ions and molecules inherent attraction…” faltara el apóstrofo posesivo.
La segunda falta del apóstrofo es simplemente un error tipográfico, pero la primera, el uso del en dash, es completamente correcto y además se ve bien. Como en el ejemplo de Wikipedia, el en dash se usa para expresar relaciones, y resulta llamativo que en el artículo y en el tuit se use de forma consistente. Referencia de Wikipedia sobre el en dash
Siendo suecos, no están tan acostumbrados a manejar apóstrofos en inglés, así que es fácil equivocarse al escribir en inglés, y lo mismo pasa al revés.
Hoy en día casi nadie conoce la diferencia entre guion, en dash y em dash, y en internet aparecen más errores por los cambios de tipografías y juegos de caracteres. No se ha establecido una convención como en la época de las máquinas de escribir, donde '-' distinguía guion y en dash, y ' -- ' el em dash. La influencia de Microsoft Word también es considerable. Señalan que el error del apóstrofo no tiene excusa.
Sobre el <takumigokoro> (匠心, espíritu artesanal) del profesor Kitagawa, dicen que la historia del Zhuangzi taoísta que se cita necesita un poco más de explicación. Cuentan la leyenda del carpintero Luban, que era excelente construyendo estructuras complejas pero útiles, pero al perseguir solo la utilidad al final no logró la inmortalidad que en última instancia deseaba. Zhuangzi pensaba que Luban no comprendió “la utilidad de lo inútil”, pero en la práctica Luban terminó siendo venerado como un dios entre los artesanos.
La forma más genial de diseñar materiales con química orgánica es crear tus propios pequeños bloques tipo Lego y hacer que se ensamblen solos en estructuras gigantescas.
Si se materializan como se espera, las aplicaciones de los MOF podrían ser realmente impresionantes.
Poder obtener agua del aire incluso en el desierto sería un cambio enorme; existe la duda de si el aire no se volvería demasiado seco, pero parece algo manejable.
También podrían resolver el problema de los gases de efecto invernadero almacenando CO2 bajo tierra, y la industria del gas natural ya cuenta con tecnología de captura de gases. Solo falta encontrar un método para capturar CO2 puro de la atmósfera, y se espera que los MOF sean la mejor tecnología para lograrlo.
Señalan que los recursos necesarios para capturar CO2 puro del aire serían muchísimo mayores de lo que uno imagina.
Preguntan si la tecnología para extraer agua del aire podría derivar en deshumidificadores mejores.
Las unidades usadas en el artículo son confusas. Por ejemplo, dice algo como que “unos cuantos gramos de MOF-5 tienen un área equivalente a una cancha de fútbol”, pero el gramo es una unidad de masa y una cancha de fútbol es un área bidimensional, así que no se entiende la relación. Se pregunta si eso significa que cierta cantidad de gramos de MOF-5 puede contener suficiente gas como para llenar un espacio del tamaño de una cancha de fútbol a 1 atmósfera, pero siente que eso ya sería interpretar demasiado.
Esto se refiere al área superficial interna. Sería como calcular, por ejemplo, cuál es el área superficial de los agujeros dentro de 10 g de queso suizo.
Para entenderlo mejor, imagina una cobija muy delgada del tamaño de una cancha de fútbol arrugada hasta formar una bolita muy pequeña.