MOFs: as novas arquiteturas da química – Comentário ao Prémio Nobel de Química de 2025 por Beatriz Royo
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O Prémio Nobel da Química de 2025 distinguiu Susumu Kitagawa, Richard Robson e Omar Yaghi pelo desenvolvimento dos metal–organic frameworks (MOFs), estruturas metálicas-orgânicas altamente porosas e modulares que transformaram a forma como a química pensa o espaço molecular. Estas redes cristalinas são construídas a partir de iões metálicos ligados entre si por moléculas orgânicas, criando estruturas tridimensionais regulares, pontilhadas por cavidades microscópicas. Cada grama de MOF pode conter uma área interna equivalente a um campo de futebol, uma demonstração notável do poder da química de organizar a matéria com precisão atómica.
Os primeiros passos foram dados por Richard Robson, que nos anos 80 explorou a ligação entre metais e ligantes para gerar estruturas cristalinas tridimensionais com cavidades internas, embora ainda instáveis. Susumu Kitagawa demonstrou depois que essas redes podiam sustentar propiedades úteis no mundo real, mostrando que era possível permitir a entrada e saída de gases sem destruir a estrutura. Omar Yaghi levou o conceito à maturidade, ao desenhar estruturas previsíveis e robustas, fundando assim a chamada química reticular, a arte de ligar blocos moleculares como peças modulares para construir estruturas porosas com propriedades controláveis.
Os MOFs têm caracteristicas verdadeiramente extraordinarias. A sua àrea interna pode atingir centenas a milhares de metros quadrados por grama, e a sua versatilidade é notável, ao escolher diferentes metais e ligantes, é possível ajustar o tamanho dos poros e a sua funcionalidade quimica. Rapidamente se revelaram materiais de possibilidades quase ilimitadas. A porosidade e modularidade dos MOFs tornam-nos ideais para armazenar e separar gases, como CO₂, hidrogénio ou metano, ou para capturar moléculas tóxicas e purificar água e ar.
No dominio da catálise, os MOFs despertam um fascínio particular. As suas cavidades funcionam como minúsculos compartimentos onde as reações químicas podem ocorrer de forma controlada. Os iões metálicos que formam os nós da estrutura, ou mesmo grupos funcionais nos ligantes orgânicos, podem atuar como centros catalíticos. Desta forma, os MOFs unem o melhor de dois mundos: o controlo fino da catálise homogénea, em que moléculas isoladas realizam transformações de grande precisão, e a robustez e reciclabilidade dos catalisadores sólidos. O confinamento espacial dentro dos poros pode ainda aumentar a seletividade das reações e estabilizar intermediários fugazes, algo difícil de alcançar em solução.
O impacto desta descoberta vai muito além da curiosidade académica. Os MOFs já estão a ser explorados para capturar carbono, produzir combustíveis limpos e converter pequenas moléculas em produtos de alto valor de forma sustentável. O reconhecimento do Nobel sublinha uma ideia central da química contemporânea: dominar o espaço a nível atómico permite transformar a energia e a matéria de forma inteligente. Para quem trabalha em catálise, os MOFs são uma ponte entre o mundo molecular e o material, e uma promessa de que a química do futuro será não apenas mais eficiente, mas também mais bela.
Conheça a presença dos investigadores do ITQB NOVA nos média no âmbito do Prémio Nobel da Química: Cecília Arraiano (minuto 10); Beatriz Royo (minuto 9:30)
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The 2025 Nobel Prize in Chemistry was awarded to Susumu Kitagawa, Richard Robson, and Omar Yaghi for the development of metal-organic frameworks (MOFs), highly porous and modular metal-organic structures that have transformed the way chemistry thinks about molecular space. These crystalline networks are built from metal ions linked by organic molecules, forming regular three-dimensional lattices dotted with microscopic cavities. Each gram of a MOF can possess an internal surface area equivalent to that of a football field, a remarkable demonstration of chemistry’s power to organize matter with atomic precision.
The first steps were taken by Richard Robson, who in the 1980s explored the connection between metals and ligands to generate three-dimensional crystalline structures with internal cavities, though they were still unstable. Susumu Kitagawa later demonstrated that these networks could sustain useful properties in real-world conditions, showing that gases could enter and exit the framework without destroying it. Omar Yaghi brought the concept to maturity by designing predictable and robust structures, founding what became known as reticular chemistry, the art of linking molecular building blocks like modular pieces to construct porous materials with tunable properties.
MOFs possess truly extraordinary characteristics. Their internal surface area can reach hundreds to thousands of square meters per gram, and their versatility is remarkable: by selecting different metals and ligands, one can adjust both pore size and chemical functionality. They soon proved to be materials of almost limitless potential. The porosity and modularity of MOFs make them ideal for storing and separating gases such as CO₂, hydrogen, or methane, as well as for capturing toxic molecules and purifying water and air.
In the field of catalysis, MOFs hold particular fascination. Their cavities act as tiny compartments where chemical reactions can occur in a controlled environment. The metal ions forming the framework’s nodes, or even functional groups in the organic linkers, can serve as catalytic centers. In this way, MOFs combine the best of two worlds: the fine control of homogeneous catalysis, where individual molecules perform precise chemical transformations, and the robustness and recyclability of solid catalysts. The spatial confinement within their pores can also enhance reaction selectivity and stabilize fleeting intermediates, something difficult to achieve in solution.
The impact of this discovery goes far beyond academic curiosity. MOFs are already being explored for carbon capture, clean fuel production, and the sustainable conversion of small molecules into high-value products. The Nobel recognition highlights a central idea in contemporary chemistry: mastering space at the atomic level enables the intelligent transformation of energy and matter. For researchers in catalysis, MOFs form a bridge between the molecular and the material worlds, and a promise that the chemistry of the future will be not only more efficient, but also more beautiful.
Learn about the presence of ITQB NOVA researchers in the media in the scope of the Nobel Prize in Chemistry: Cecília Arraiano (minute 10); Beatriz Royo (minute 9:30) - In portuguese
