El japonés Susumu Kitagawa (de la Universidad de Kioto, en Japón), el australiano Richard Robson (de la Universidad de Melbourne, en Australia) y el jordano-estadounidense Omar Yaghi (de la Universidad de California en Berkeley, Estados Unidos) han sido premiados con el Nobel de Química por el desarrollo de estructuras metal orgánicas (conocidas como MOF, Metal-Organic Frameworks por sus siglas en inglés). Estas nuevas arquitecturas moleculares tienen grandes cavidades que permiten el flujo de moléculas y se utilizan en aplicaciones como capturar agua del aire en el desierto, extraer contaminantes del agua, capturar dióxido de carbono (CO₂) y almacenar hidrógeno. Sus trabajos han abierto nuevas oportunidades para afrontar desafíos químicos y medioambientales importantes mediante estas innovadoras estructuras.

Las MOF son estructuras porosas y cristalinas que combinan componentes metálicos con ligandos orgánicos, formando redes con espacios vacíos internos que pueden alojar moléculas. Las investigaciones de Susumu Kitagawa, Richard Robson y Omar M. Yaghi han establecido una nueva clase de materiales en el que se denomina química verde, con aplicaciones en la captura de contaminantes, almacenando de gases y agua, y otras áreas de la química y el medio ambiente. Estas estructuras contienen grandes cavidades en los cuales las moléculas pueden entrar y salido. "Gracias al desarrollo de estructuras metal orgánicas, Kitagawa, Robson y Yaghi han ofrecido a los químicos nuevas oportunidades para resolver algunos de los retos a los cuales nos enfrentamos", destaca la Real Academia Sueca. “Las estructuras metal orgánicas tienen un potencial enorme y brindan oportunidades nunca antes previstas para materiales hechos a medida con nuevas funciones”, afirma Heiner Linke, presidente del Comité Nobel de Química. Al variar los componentes básicos de las MOF, los químicos pueden diseñarlas para capturar y almacenar sustancias específicas. Las MOF también pueden impulsar reacciones químicas o conducir electricidad.

Susumu Kitagawa es pionero en la investigación sobre polímeros de coordinación cristalinos y porosos, contribuyendo a la comprensión y síntesis de estos materiales con posibles aplicaciones en adsorción y almacenamiento. "Les digo a mis estudiantes que el desafío es muy importante en la química, en la ciencia", es el mensaje inspirador que ha compartido el nuevo premio Nobel en la conferencia de prensa.

Richard Robson es conocido por su trabajo en polímeros de coordinación y la estructura de estos enrejados metal-orgánicos, aportando al diseño y control estructural de las arquitecturas moleculares. Omar M. Yaghi lideró el desarrollo y la difusión generalizada de los MOF, creando nuevas posibilidades para diseñar materiales con propiedades específicas para capturar gases, agua y otros compuestos mediante la química de coordinación.

Investigando desde el 1989

La Real Academia Sueca de Ciencias explica que todo va empezar en 1989, cuando "Richard Robson experimentó con el uso de las propiedades inherentes de los átomos de una manera innovadora". Combinó iones de cobre con carga positiva con una molécula de cuatro brazos; esta tenía un grupo químico que era atraído por los iones de cobre al extremo de cada brazo. Al combinarse, se unieron para formar un cristal amplio y ordenado. Era como un diamante lleno de innumerables cavidades.

Robson reconoció inmediatamente el potencial de su construcción molecular, pero era inestable y colapsaba con facilidad. Sin embargo, Susumu Kitagawa y Omar Yaghi establecieron bases sólidas para este método de construcción; entre 1992 y 2003, realizaron, por separado, una serie de descubrimientos revolucionarios. Kitagawa demostró que los gases pueden fluir dentro y fuera de las construcciones y predijo que los MOF podrían hacerse flexibles. Yaghi creó un MOF muy estable y demostró que puede modificarse mediante un diseño racional, dotándolo de propiedades nuevas y deseables.

Múltiples aplicaciones
Después de los descubrimientos revolucionarios de los galardonados, los químicos han construido decenas de miles de MOF diferentes. Algunos de ellos podrían contribuir a resolver algunos de los mayores desafíos de la humanidad, con aplicaciones que incluyen la separación de PFAS del agua, la descomposición de trazas de fármacos en el medio ambiente, la captura de dióxido de carbono o la recolección de agua del aire del desierto. 

Inversión de las empresas

Hasta el momento, en la mayoría de los casos, los materiales solo han sido utilizados a pequeña escala. Para aprovechar los beneficios de los materiales MOF, muchas empresas están invirtiendo ahora en su producción en masa y comercialización, y algunas lo han conseguido. Así, por ejemplo, la industria electrónica puede ahora utilizar materiales MOF para contener algunos de los gases tóxicos necesarios para producir semiconductores. Otro MOF puede, en cambio, descomponer gases nocivos, incluidos algunos que pueden utilizarse como armas químicas. Numerosas empresas también están probando materiales que pueden capturar el dióxido de carbono de las fábricas y de las centrales eléctricas, con el fin de reducir las emisiones de gases de efecto invernadero.

Omar Yaghi estaba haciendo transbordo cuando el Comité del Nobel lo pudo localizar, justo después de enterarse de que había ganado el Nobel. "Mis padres apenas sabían leer ni escribir. Ha estado todo un viaje; la ciencia te lo permite", destaca durante la entrevista.