Nobel de Química 2025: Metal-Organic Frameworks (MOFs)

O Prêmio Nobel de Química de 2025 reconheceu os Metal-Organic Frameworks (MOFs) como uma das maiores inovações da ciência dos materiais, concedido a Susumu Kitagawa, Richard Robson e Omar M. Yaghi pela Royal Swedish Academy of Sciences . O reconhecimento destaca o impacto dos MOFs em áreas como armazenamento de energia, purificação e captura de carbono. Ver nota da imprensa.

Metal-Organic Frameworks (MOFs) são estruturas cristalinas porosas compostas por íons metálicos conectados a ligantes orgânicos, formando redes com cavidades capazes de armazenar e liberar moléculas como gases e vapor d’água. Essas propriedades os tornam promissores em tecnologias ambientais e energéticas.

Em 2023, um estudo publicado na Industrial & Engineering Chemistry Research mostrou que MOFs apresentam desempenho superior na captura de CO₂ em condições industriais, impulsionando sua aplicação em tecnologias de mitigação climática.

Você encontrará neste artigo:

• Origem dos MOFs
• Contribuições dos laureados
• Aplicações em captura de carbono
• Caracterização de MOFs com equipamentos avançados
• Desafios e impacto futuro

Origem dos MOFs: início da revolução molecular

O conceito de Metal-Organic Frameworks (MOFs) surgiu em 1974, com as primeiras redes tridimensionais de coordenação. Em 1989, Richard Robson , na University of Melbourne , desenvolveu uma rede de cobre com ligantes orgânicos que apresentou cavidades internas — o nascimento dos MOFs modernos.

Richard Robson: os primeiros MOFs

Robson foi pioneiro ao criar estruturas tridimensionais porosas, unindo íons de cobre e ligantes orgânicos tetracianados. Embora frágeis, esses MOFs inspiraram a comunidade científica ao demonstrar o potencial de redes cristalinas projetadas.

Susumu Kitagawa: MOFs flexíveis e estáveis

Susumu Kitagawa , na Kindai University , deu o passo seguinte ao criar, em 1997, estruturas tridimensionais com canais abertos formadas por íons metálicos e ligantes 4,4′-bipiridina. Esses MOFs conseguiam absorver gases como metano e oxigênio sem colapsar, comportamento publicado no Bulletin of the Chemical Society of Japan . A descoberta deu origem aos chamados “pulmões moleculares” , capazes de “respirar” com variação de pressão e temperatura.

Omar Yaghi: o MOF-5 e a expansão global

Omar Yaghi, então na Arizona State University, cunhou o termo Metal–Organic Framework em 1995, publicado na Journal of the American Chemical Society . Já na University of California, Berkeley , apresentou em 1999 o MOF-5, publicado na Nature , material com área interna gigantesca — poucos gramas somam área equivalente a um campo de futebol. Suas publicações seguintes em Science e Nature expandiram a família de MOFs e consolidaram o design racional desses materiais.

Aplicações dos MOFs em captura de carbono e sustentabilidade

Estudos recentes destacam o papel dos MOFs na mitigação climática. Publicações na JACS (2024) e Communications Chemistry (2023) mostraram alta seletividade para CO₂ em condições úmidas e baixas pressões. Essas descobertas colocam os MOFs como candidatos promissores para tecnologias de captura e armazenamento de carbono.

Aplicações práticas dos MOFs

• Captura de água: MOF-303 extrai vapor desértico para produzir água potável.
• Purificação: UiO-67 remove PFAS da água contaminada.
• Armazenamento de hidrogênio: NU-1501 permite alta densidade energética com segurança.
• Catálise ambiental: MIL-101 decompõe poluentes orgânicos e antibióticos.
• Eletrônicos: MOFs controlam gases tóxicos em processos semicondutores.

Caracterização de MOFs com equipamentos da Surface Measurement Systems

A caracterização é essencial para compreender a performance dos MOFs . O DVS Carbon da Surface Measurement Systems mede isotermas de adsorção de CO₂ e H₂O com precisão gravimétrica. No Case Study 623 , a co-adsorção em MOFs atingiu 18,71 wt% de CO₂ a 25 °C e 9,28 wt% em 15 vol% CO₂ , com entalpia de 42 kJ/mol . O material manteve estabilidade até 50% de umidade relativa e apresentou queda após 75% UR .

O BTA Frontier simula fluxos reais de gases e quantifica separadamente as espécies. Em co-adsorção CO₂/H₂O, observou-se retenção substancial de CO₂ mesmo em 40% UR , indicando comportamento pouco competitivo entre as moléculas.

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Desafios e impacto futuro dos MOFs

Pesquisa publicada na Chemistry of Materials (2024) mostrou o uso de inteligência artificial no design de novos MOFs. Materiais como o CALF-20 já são testados em escala piloto no Canadá para captura de CO₂. O futuro aponta para aplicações em energia, saúde e sensores ambientais.

FAQ sobre MOFs

1. O que são MOFs?  

1. Estruturas porosas formadas por íons metálicos e ligantes orgânicos capazes de capturar seletivamente moléculas.

1. Por que os MOFs ganharam o Nobel 2025?  

1. Pelo pioneirismo na criação de redes moleculares porosas com aplicações em energia e sustentabilidade.

1. Como os MOFs capturam CO₂?  

1. Suas cavidades adsorvem CO₂ seletivamente, mesmo em condições úmidas.

1. Quais as vantagens sobre zeólitas?  

1. Maior flexibilidade estrutural e possibilidade de design molecular.

1. Os MOFs já são usados comercialmente?  

1. Sim, em eletrônica e purificação de gases; projetos piloto expandem o uso para captura de CO₂.

1. Como caracterizar MOFs?  

1. Com equipamentos gravimétricos como DVS Carbon e colunas de fluxo BTA Frontier.

1. Qual o futuro dos MOFs?  

1. Liderar soluções sustentáveis com IA acelerando o design de novos materiais.

1. Onde adquirir equipamentos para análise de MOFs?  

1. Entre em contato com a Dafratec, representante da Surface Measurement Systems no Brasil.

Leitura recomendada

• Zeólitas: materiais porosos alternativos em catálise.
• Captura de Carbono: tecnologias emergentes para mitigação de CO₂.
• Análise de Sorção: métodos gravimétricos de alta precisão.

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