Durante milenios, las civilizaciones humanas han definido sus edades por los materiales dominantes de su época: piedra, bronce, silicio. Ahora, el premio Nobel Omar Yaghi sostiene que está amaneciendo una nueva era, impulsada por una clase revolucionaria de materiales conocidos como estructuras organometálicas (MOF) y estructuras orgánicas covalentes (COF). Estas estructuras cristalinas, iniciadas en la década de 1990, poseen una porosidad incomparable, creando efectivamente materiales donde el volumen interno excede ampliamente su tamaño externo. Este descubrimiento, reconocido con el Premio Nobel de Química 2025, está preparado para remodelar industrias desde la recolección de agua hasta la captura de carbono.
El gran avance: aprovechar la construcción molecular
El trabajo de Yaghi se centra en la “química reticular”, el ensamblaje preciso de materiales a nivel molecular. A diferencia de la síntesis de materiales tradicional, que a menudo da como resultado estructuras desordenadas, la química reticular busca formas cristalinas perfectas y repetidas. El desafío fue inmenso; la propia naturaleza favorece el desorden, lo que hace que la creación de materiales estables y ordenados a escala parezca imposible.
Sin embargo, en 1999, el equipo de Yaghi sintetizó MOF-5, un material a base de zinc con una superficie sin precedentes: unos pocos gramos equivalentes al espacio interno de un campo de fútbol. Este avance reveló el potencial de los MOF y COF: materiales capaces de atrapar gases de forma selectiva, extraer agua del aire árido y revolucionar los procesos químicos.
De la curiosidad intelectual al impacto social
Inicialmente impulsada por un desafío puramente intelectual (el deseo de construir materiales molécula por molécula), la investigación de Yaghi evolucionó rápidamente hacia la solución de problemas del mundo real. La clave para la estabilidad radica en controlar cuidadosamente el entorno de síntesis, permitiendo la formación de estructuras ordenadas. Una vez dominada, la extraordinaria porosidad de los MOF y COF abrió las puertas a aplicaciones que antes se consideraban inalcanzables.
“Cuando sabes cuánta porosidad tienen estos materiales, inmediatamente piensas en atrapar gases”, explica Yaghi. “Estos materiales abarcan compartimentos del espacio donde puede asentarse una molécula de agua o dióxido de carbono”. Esta propiedad fundamental ahora se está aprovechando en tecnologías diseñadas para extraer agua del aire del desierto (incluso con una humedad inferior al 20%) y capturar dióxido de carbono directamente de la atmósfera.
Ampliación: del laboratorio a la industria
La empresa de Yaghi, Atoco (fundada en 2020), está impulsando la comercialización de estos materiales. Los avances recientes incluyen COF-999, un material de captura de carbono altamente eficiente probado durante más de 100 ciclos en Berkeley, y dispositivos capaces de recolectar miles de litros de agua por día.
La visión a largo plazo se extiende más allá de las aplicaciones actuales:
- Producción sostenible: Los MOF y COF se pueden desmontar en agua sin liberar residuos nocivos, lo que aborda posibles problemas de desperdicio.
- Eficiencia energética: La utilización del calor residual y la luz solar ambiental para impulsar los ciclos de captura/liberación reduce el consumo de energía.
- Diseño impulsado por IA: La inteligencia artificial está acelerando la optimización de las propiedades MOF y COF, acortando los ciclos de desarrollo.
El futuro de los materiales: heterogeneidad y catálisis
Si bien la investigación actual se centra en optimizar los materiales existentes, el laboratorio de Yaghi está explorando “materiales multivariados”: estructuras con entornos internos intencionalmente desiguales. Al combinar esqueletos ordenados con “tripas” heterogéneas, estos materiales podrían lograr una selectividad y eficiencia sin precedentes en la absorción de gases y reacciones químicas.
Además, los MOF y COF son prometedores en catálisis, replicando potencialmente la eficiencia de las enzimas para la síntesis química industrial. Esto podría conducir a una producción más rápida y sostenible de productos farmacéuticos y otros compuestos vitales.
“Estamos atravesando una revolución”, afirma Yaghi. “Podemos diseñar materiales como nunca antes lo habíamos hecho y conectarlos con usos como nunca antes lo habíamos hecho”.
El crecimiento exponencial de las patentes relacionadas con MOF y COF sugiere que esta revolución ya está en marcha. A medida que la investigación converge con la ingeniería y la inteligencia artificial, la química reticular está preparada para definir una nueva era en la ciencia de los materiales: una era en la que los materiales no sólo se ensamblan, sino que se diseñan con precisión para un futuro sostenible y eficiente.
