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17/03/2018 08:37 CET | Actualizado 17/03/2018 08:37 CET

MOFs: Materiales porosos contra el cambio climático

El profesor Yaghi con algunos modelos de MOFs.

A principios de este año, el químico jordano Omar Yaghi de la Universidad de Berkeley (EE.UU.) fue galardonado con el Premio Fundación BBVA del Conocimiento en la categoría de Ciencias Básicas por su trabajo pionero en el desarrollo de materiales porosos capaces de capturar y almacenar dióxido de carbono así como obtener agua del aire en zonas desérticas. Estos materiales, conocidos como redes metal-orgánicas o MOFs (del inglés Metal-Organic Framework), suelen describirse como esponjas cristalinas a escala molecular, materiales muy porosos formados por redes ordenadas en las que el tamaño de los poros, así como algunas de sus propiedades químicas y físicas, pueden ser fácilmente controlables.

Los MOFs podrían representarse como diminutas construcciones en la que los pilares están compuestos por ligandos orgánicos mientras que los nodos metálicos serían el cemento que los une mediante enlaces muy resistentes para dar lugar a extensas estructuras. Este "ensamblaje de ladrillos" de forma controlable ha dado lugar a una extensa diversidad de compuestos diferentes (más de 60.000 clases de MOFs reportados hasta la fecha) y a un nuevo campo bautizado por Yaghi como Química Reticular. Otro tipo de materiales porosos son los denominados COF (del inglés Covalent-Organic Framework) que estarían formados únicamente por componentes orgánicos mientras que los MOFs están constituidos por componentes orgánicos y metálicos. Los MOFs y COFs presentan propiedades muy interesantes como la adsorción de gases y otras moléculas debido a su gran porosidad. Esta propiedad de porosidad se mide mediante el área superficial pudiendo llegar a tener valores muy altos en comparación con otros materiales. Por ejemplo, si un solo gramo de MOF se desplegara en una única lámina a escala atómica podría llegar a tener una superficie equivalente a 60 campos de tenis.

Entre las distintas aplicaciones de los MOFs, destaca la captura de dióxido de carbono de forma selectiva de tal manera que sería posible separar el CO2 de otros gases siendo de gran utilidad en la lucha contra el cambio climático. «Los MOFs son capaces de extraer específicamente el CO2 y separarlo para que no llegue a la atmósfera», afirma Yaghi. «El uso de MOFs para la captura de CO2 es viable, aunque no me atrevo a predecir el tiempo que tardaremos todavía en poder aplicarlo en la industria.»

Además, recientemente se ha demostrado que estos materiales podrían adsorber moléculas de agua del aire, incluso en ambientes muy secos, para producir agua líquida con energía solar [1]. «No tengo ninguna duda de que en los próximos 3 a 5 años existirá un aparato capaz de obtener agua pura de la atmósfera», reflexiona Yaghi.

En el Instituto de Ciencia Molecular de la Universidad de Valencia (ICMol-UV) y en colaboración con el Instituto de Tecnología Química (UPV-CSIC), acabamos de desarrollar un nuevo MOF (llamado MUV-2) que se puede emplear para catalizar la oxidación del dibenzotiofeno (DBT) [2]. El compuesto orgánico de azufre DBT, presente en el diésel que utilizamos en los coches, es contaminante para el medioambiente y las legislaciones ambientales exigen disminuir el contenido de azufre en diésel hasta la escala de partes por millón (ppm). Una forma de hacerlo es oxidar el DBT a su correspondiente sulfona, que generalmente son solubles en medios acuosos, para posteriormente poder eliminarlo del combustible lavándolo con agua. El MOF que hemos desarrollado presenta una gran actividad catalítica en este tipo de reacción gracias a que combina varios tipos de poros además de mostrar una gran estabilidad térmica y química. El trabajo ha sido realizado en el marco de un proyecto europeo (ERC) liderado por el químico Guillermo Mínguez (Premio Princesa de Girona 2018).

Referencias:
[1] Water Harvesting from Air with Metal-Organic Frameworks Powered by Natural Sunlight. H. Kim, S. Yang, S. R. Rao, S. Narayanan, E. A. Kapustin, H. Furukawa, A. S. Umans, O. M. Yaghi, E. N. Wang, Science, 2017, 356, 430-434.
[2] A Highly Stable and Hierarchical Tetrathiafulvalene-based Metal-Organic Framework with Improved Performance as Solid Catalyst. M. Souto, A. Santiago-Portillo, M. Palomino, I. Vitórica-Yrezábal, B. J. C. Vieira, J. C. Waerenborgh, S. Valencia, S. Navalón, F. Rey, H. García and G. Mínguez Espallargas Chem. Sci., 2018, 9, 2413–2418.

Portada de la revista Chemical Science ilustrando el MOF MUV-2.

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