El japonès Susumu Kitagawa (de la Universitat de Kyoto, al Japó), l’australià Richard Robson (de la Universitat de Melbourne, a Austràlia) i el jordà-nord-americà Omar Yaghi (de la Universitat de Califòrnia a Berkeley, als Estats Units) han estat premiats amb el Nobel de Química pel desenvolupament d’estructures metal·lorgàniques (conegudes com a MOF, Metal-Organic Frameworks, per les seves sigles en anglès). Aquestes noves arquitectures moleculars tenen grans cavitats que permeten el flux de molècules i s’utilitzen en aplicacions com capturar aigua de l’aire al desert, extreure contaminants de l’aigua, capturar diòxid de carboni (CO₂) i emmagatzemar hidrogen. Els seus treballs han obert noves oportunitats per afrontar desafiaments químics i mediambientals importants mitjançant aquestes innovadores estructures.

Les MOF són estructures poroses i cristal·lines que combinen components metàl·lics amb lligands orgànics, formant xarxes amb espais buits interns que poden allotjar molècules. Les investigacions de Susumu Kitagawa, Richard Robson i Omar M. Yaghi han establert una nova classe de materials en el que es denomina química verda, amb aplicacions en la captura de contaminants, emmagatzemant de gasos i aigua, i altres àrees de la química i el medi ambient. Aquestes estructures contenen grans cavitats en els quals les molècules poden entrar i sortit. "Gràcies al desenvolupament d’estructures metal·lo orgàniques, Kitagawa, Robson i Yaghi han ofert als químics noves oportunitats per resoldre alguns dels reptes als quals ens enfrontem", destaca la Reial Acadèmia Sueca. "Les estructures metal·lo orgàniques tenen un potencial enorme i ofereixen oportunitats mai previstes per a materials fets a mida amb funcions noves", afirma Heiner Linke, president del Comitè Nobel de Química. En variar els components bàsics dels MOF, els químics poden dissenyar-los per capturar i emmagatzemar substàncies específiques. Els MOF també poden impulsar reaccions químiques o conduir electricitat

Susumu Kitagawa és pioner en la recerca sobre polímers de coordinació cristal·lins i porosos, contribuint a la comprensió i síntesi d’aquests materials amb possibles aplicacions en adsorció i emmagatzematge. "Els hi dic als meus estudiants que el desafiament és molt important en la química, en la ciència", és el missatge inspirador que ha compartit el nou premi Nobel en la conferència de premsa.

Richard Robson és conegut pel seu treball en polímers de coordinació i l’estructura d’aquests enreixats metal·lo orgànics, aportant al disseny i control estructural de les arquitectures moleculars. Omar M. Yaghi va liderar el desenvolupament i la difusió generalitzada dels MOF, creant noves possibilitats per dissenyar materials amb propietats específiques per capturar gasos, aigua i altres compostos mitjançant la química de coordinació.

Investigant des del 1989

La Reial Acadèmia Sueca de Ciències explica que tot va començar l’any 1989, quan "Richard Robson va experimentar amb l’ús de les propietats inherents dels àtoms d’una manera innovadora". Va combinar ions de coure amb càrrega positiva amb una molècula de quatre braços; aquesta tenia un grup químic que era atret pels ions de coure a l’extrem de cada braç. En combinar-se, es van unir per formar un cristall ampli i ordenat. Era com un diamant ple d’innombrables cavitats.

Robson va reconèixer immediatament el potencial de la seva construcció molecular, però era inestable i col·lapsava amb facilitat. No obstant això, Susumu Kitagawa i Omar Yaghi van establir bases sòlides per a aquest mètode de construcció; entre 1992 i 2003, van realitzar, per separat, una sèrie de descobriments revolucionaris. Kitagawa va demostrar que els gasos poden fluir dins i fora de les construccions i va predir que els MOF podrien fer-se flexibles. Yaghi va crear un MOF molt estable i va demostrar que pot modificar-se mitjançant un disseny racional, dotant-lo de propietats noves i desitjables.

Múltiples aplicacions

Després dels descobriments revolucionaris dels guardonats, els químics han construït desenes de milers de MOF diferents. Alguns d’ells podrien contribuir a resoldre alguns dels majors desafiaments de la humanitat, amb aplicacions que inclouen la separació de PFAS de l’aigua, la descomposició de traces de fàrmacs en el medi ambient, la captura de diòxid de carboni o la recol·lecció d’aigua de l’aire del desert. 

Inversió de les empreses

Fins al moment, en la majoria dels casos, els materials només han estat utilitzats a petita escala. Per aprofitar els beneficis dels materials MOF, moltes empreses estan invertint ara en la seva producció en massa i comercialització, i algunes ho han aconseguit. Així, per exemple, la indústria electrònica pot ara utilitzar materials MOF per contenir alguns dels gasos tòxics necessaris per produir semiconductors. Un altre MOF pot, en canvi, descompondre gasos nocius, inclosos alguns que poden utilitzar-se com a armes químiques. Nombroses empreses també estan provant materials que poden capturar el diòxid de carboni de les fàbriques i de les centrals elèctriques, amb la finalitat de reduir les emissions de gasos d’efecte hivernacle.

Omar Yaghi estava fent transbord quan el Comitè del Nobel el va poder localitzar, just després d'assabentar-se que havia guanyat el Nobel. "Els meus pares amb prou feines sabien llegir ni escriure. Ha estat tot un viatge; la ciència t’ho permet", destaca durant l'entrevista.