Como um experimento criado para ensinar alunos levou ao prêmio Nobel de Química 2025

Apesar do nome parecer complicado, esses materiais são surpreendentemente simples e têm potencial para mudar o mundo. "Imagine um material capaz de capturar CO₂ do ar, purificar água, remover poluentes ou catalisar reações químicas — tudo isso de forma controlada e eficiente. Pois esses materiais já existem, e são justamente os MOFs, que combinam íons metálicos e moléculas orgânicas para formar estruturas cristalinas altamente porosas, como verdadeiras 'esponjas moleculares'”, aponta Ivo Teixeira, químico e pesquisador na Universidade Federal de São Carlos (UFSCar) em unidade da Embrapii (Empresa Brasileira de Pesquisa e Inovação Industrial), em nota enviada à imprensa.

Curiosamente, a ideia das MOFs surgiu de um detalhe técnico. Ao preparar os modelos de madeira, Robson percebeu que o posicionamento preciso dos furos (as “ligações químicas”) carregava informações fundamentais sobre a forma da molécula. “As estruturas surgiam naturalmente corretas”, relatou mais tarde.

A partir daí, ele se perguntou: e se as próprias propriedades químicas dos átomos pudessem guiar a construção de estruturas maiores, de modo semelhante ao que ocorria com seus modelos de madeira? Tal reflexão levou Robson a experimentar com íons metálicos e moléculas orgânicas de múltiplos “braços”, capazes de se conectar em formas regulares.

Em 1989, o pesquisador publicou o seu primeiro artigo descrevendo um cristal poroso e estável — uma rede tridimensional formada por cobre e compostos orgânicos. Era o embrião do que mais tarde viria a se chamar de estrutura metal-orgânica.

Por mais que muitos de seus colegas vissem essas construções como meras curiosidades frágeis e sem aplicação, Susumu Kitagawa decidiu adotar uma filosofia oposta, explorando a hipótese. Em 1992, ele criou sua primeira rede porosa bidimensional e, cinco anos depois, desenvolveu uma versão tridimensional capaz de absorver e liberar gases como oxigênio e metano sem perder a forma.

Kitagawa também introduziu uma ideia central para o avanço da área: os MOFs poderiam ser materiais flexíveis, diferentes das zeólitas — estruturas porosas rígidas usadas na indústria. Essa maleabilidade permitiria aplicações muito mais diversas, de armazenamento de gases a transporte de fármacos.

Nos Estados Unidos, Omar Yaghi deu o salto final. Inspirado por uma infância modesta em Amã, na Jordânia, e fascinado desde cedo por livros de química, ele sonhava em “projetar moléculas como se fossem construções de Lego”. Em 1995, cunhou o termo “metal-organic framework” (MOF) e, quatro anos depois, apresentou o célebre MOF-5, uma estrutura cúbica tão estável e espaçosa que poucos gramas contêm uma área interna equivalente a um campo de futebol.

A equipe de Yaghi demonstrou que os MOFs podiam ser projetados com precisão quase arquitetônica, ajustando-se tamanho, forma e funcionalidade das cavidades. Em 2017, a descoberta ganhou destaque mundial ao se usar um desses materiais para coletar água potável do ar do deserto do Arizona.

Atualmente, pesquisadores e empresas em todo o mundo vêm explorando o potencial das MOFs em diversas frentes. Na indústria, certas estruturas são utilizadas para capturar dióxido de carbono diretamente de fábricas e usinas, contribuindo para a redução das emissões de gases de efeito estufa.

“Esses materiais têm grande potencial no enfrentamento do aquecimento global. Eles são sólidos com áreas superficiais enormes, até superiores a um campo de futebol, mas concentrada em uma quantidade de material da ordem de uma colher de chá”, explica Monique Deon, química e professora da Universidade Federal de Ciências da Saúde de Porto Alegre (UFCSPA) apoiada pelo Instituto Serrapilheira, em comunicado à imprensa. “Quantidades muito pequenas de MOFs podem remover quantidades enormes de CO₂ da atmosfera e mitigar efeitos de mudanças climáticas.”

Há também MOFs projetadas para remover poluentes e substâncias tóxicas. É o caso dos PFAS (conhecidos como “poluentes eternos”), da água, e para conter ou decompor gases perigosos usados na fabricação de semicondutores. Na agricultura e na biotecnologia, algumas dessas construções são usadas para controlar o amadurecimento de frutas, retendo o gás etileno que acelera o processo. Outras servem como “cápsulas moleculares” para transportar medicamentos ou enzimas que decompõem antibióticos residuais no ambiente.

E o avanço não para por aí: novas gerações de MOFs estão sendo testadas para armazenar hidrogênio e metano, possibilitando soluções mais seguras e eficientes para o transporte e o uso de combustíveis limpos. Versões inspiradas na flexibilidade descrita por Kitagawa funcionam como materiais “respiráveis”, que se expandem e contraem conforme absorvem ou liberam moléculas — como um pulmão artificial em escala molecular.

Aquilo que começou com bolas de madeira em uma aula universitária evoluiu para um campo de pesquisa que une ciência fundamental e impacto ambiental direto. Dos desertos áridos às indústrias químicas, das frutas frescas às futuras fontes de energia, as estruturas metal-orgânicas provam que a química pode ser, ao mesmo tempo, arte, arquitetura e instrumento de transformação global.

“O trabalho premiado é fascinante porque está na interseção entre a química inorgânica, a química orgânica e a ciência dos materiais, mostrando o poder da colaboração entre áreas. Essa visão permitiu transformar o design de materiais em uma ciência racional, abrindo caminho para aplicações em energia limpa, meio ambiente e armazenamento de gases”, avalia Teixeira.