Material Reticulares (MOFs)

Introducción

En los últimos diez años, los materiales reticulares—conocidos como Metal–Organic Frameworks (MOFs)—han dejado de ser simples curiosidades de laboratorio para convertirse en protagonistas en el diseño de productos industriales. Su estructura altamente porosa y la capacidad de “programar” químicamente sus poros los han hecho idóneos para aplicaciones que van desde filtros de precisión hasta sensores integrados en dispositivos electrónicos flexibles.

Los MOFs se componen de nodos metálicos conectados por ligandos orgánicos, formando estructuras tridimensionales cristalinas con superficies internas que pueden superar los 7 000 m²/g. Gracias a esta arquitectura reticular, es posible:

• Ajustar el tamaño de poro mediante la selección de ligandos específicos.

• Incorporar funcionalidades (grupos –NH₂, –SO₃H, etc.) para interacciones químicas selectivas.

• Mejorar la conductividad al diseñar MOFs 2D con rutas de transporte electrónico continuas.
  

Estos principios han permitido el desarrollo de MOFs conductores, capaces de actuar como chemiresistores a temperatura ambiente, un hito publicado por Minhyuk Kim et al. en ACS Applied Electronic Materials (mayo 6, 2024) (Publicaciones ACS).

Fundamentos de los MOFs

Casos de uso en diseño industrial

Filtros y separación de gases de alta precisión

Empresas de tratamiento de aire y depuración de aguas utilizan MOFs para capturar selectivamente CO₂ o compuestos volátiles. Su gran área superficial y quimioafinidad específica permiten lograr eficiencias de captura superiores al 95 % bajo condiciones industriales.

Sensores electrónicos flexibles

Recientes investigaciones demuestran que MOFs 2D conductores pueden integrarse en circuitos flexibles para detectar gases tóxicos (NH₃, NO₂) con respuestas reversibles y rápidas. Los avances reportados en Journal of the American Chemical Society destacan detecciones con más del 90 % de precisión, incluso en ambientes de alta humedad (Publicaciones ACS).

Componentes autónomos en electrónica portátil

Al incorporar MOFs en la matriz de polímeros conductores, se obtienen películas delgadas que combinan filtración, detección y conducción eléctrica. Esto permite diseñar dispositivos multifunción —por ejemplo, mascarillas inteligentes que monitorean calidad de aire y registran datos en tiempo real.

Ventajas para el diseño industrial

• Multifuncionalidad: un solo material realiza filtración, detección y, potencialmente, liberación controlada de sustancias.

• Ligereza y flexibilidad: la naturaleza cristalina y la facilidad de procesamiento otorgan a los MOFs ventajas sobre cerámicos y metales tradicionales.

• Personalización molecular: cada producto puede llevar un MOF “a la medida”, ajustado para aplicaciones específicas sin cambiar la línea de producción base.
  

Sostenibilidad: algunos MOFs pueden reciclarse y regenerarse térmicamente, reduciendo desechos y costos.

Retos y perspectivas

• Escalado: la síntesis a gran volumen aún enfrenta barreras de costo y reproducibilidad.
  

• Estabilidad: la exposición prolongada a humedad o ciertos solventes puede degradar algunos MOFs, por lo que se investigan recubrimientos protectores.
  

• Integración en procesos existentes: adaptar líneas de producción metalúrgicas o de polímeros para incorporar MOFs requiere inversión en nuevos reactores y protocolos de calidad.

A futuro, el enfoque estará en combinar MOFs con impresión aditiva y técnicas de deposición en rollo, permitiendo la fabricación “inline” de componentes inteligentes en la misma línea de ensamblaje.

Conclusión

Los MOFs representan un cambio de paradigma para el diseño industrial: pasan de ser materiales pasivos a componentes activos que integran múltiples funciones en un solo cuerpo. Para Archive, mostrar estos avances ofrece a la comunidad un panorama de cómo la ciencia de materiales puede fusionarse con la creatividad del diseño, abriendo oportunidades para productos más eficientes, personalizados y sostenibles.