Del mismo marco supramolecular a distintos tipos de líquidos porosos mediante transformación in situ

Líquidos con diminutos espacios ocultos

Imagine un líquido que fluye como el aceite pero que oculta en su interior innumerables pequeñas habitaciones vacías. Esos “líquidos porosos” pueden absorber gases como el dióxido de carbono con mucha más eficacia que los fluidos ordinarios, ofreciendo nuevas herramientas para reducir las emisiones de efecto invernadero y almacenar productos químicos de forma más eficiente. Este estudio muestra cómo obtener dos tipos muy distintos de estos líquidos inusuales a partir del mismo material de partida, simplemente cambiando el fluido similar a una sal que los rodea.

Bloques de construcción que encajan

Los investigadores parten de un marco supramolecular, un sólido formado por jaulas metal-orgánicas que encajan como piezas de un rompecabezas tridimensional. Cada jaula es un racimo hueco con pequeñas aberturas triangulares que conducen a una cavidad interna. Estas jaulas se enlazan en un marco mayor mediante enlaces iónicos relativamente débiles, similares a las atracciones entre partículas cargadas en la sal de mesa. Como estos enlaces son fáciles de perturbar, toda la estructura puede reorganizarse si se coloca en el entorno líquido adecuado.

Dos líquidos, dos resultados

Para controlar lo que le sucede al marco, el equipo diseñó dos líquidos iónicos casi idénticos basados en una cadena flexible de polietilenglicol. La única diferencia es la pareja con carga negativa: un líquido lleva iones bromuro y el otro lleva iones NTf2, más voluminosos. A pesar de ese pequeño cambio, su comportamiento es opuesto. En el líquido con bromuro, las cargas negativas del disolvente atraen fuertemente al marco cargado positivamente, rompiendo los enlaces iónicos y liberando jaulas individuales que se disuelven por completo. Esto crea un líquido poroso “tipo II”, donde jaulas huecas aisladas flotan en el líquido. En el líquido con NTf2, tanto el disolvente como las superficies del marco están cargados positivamente, por lo que se repelen entre sí. El marco permanece intacto pero se dispersa de forma uniforme, formando un líquido poroso “tipo III” en el que partículas sólidas quedan suspendidas y aun así generan cavidades accesibles.

Cómo las diminutas cavidades atrapan gas

Experimentos y simulaciones por ordenador confirman que en ambos líquidos las moléculas voluminosas del disolvente son demasiado grandes para colarse por las ventanas de las jaulas, de modo que las habitaciones internas permanecen vacías y listas para acoger moléculas de gas. Mediciones de las vidas de los positrones, sensibles a vacíos a escala nanométrica, muestran que ambos líquidos contienen más volumen libre que sus disolventes puros. Las simulaciones revelan además “cavidades externas”: huecos adicionales que aparecen donde las moléculas del disolvente se empaquetan alrededor de cada jaula. Estos bolsillos adicionales actúan como taquillas de almacenamiento extra para el gas. El líquido tipo II, con jaulas separadas individualmente rodeadas por el disolvente, genera más de estas cavidades externas que el tipo III, donde las jaulas se agregan dentro del marco.

Interruptor luminoso para la captura de carbono

Un giro clave es que las paredes de las jaulas incluyen unidades de azobenceno, moléculas que cambian de forma cuando se exponen a luz ultravioleta o visible. Bajo luz ultravioleta se doblan, encogiendo o remodelando sutilmente las cavidades; bajo luz visible vuelven a enderezarse. En el líquido tipo II, donde las jaulas se mueven con mayor libertad, este cambio de forma es especialmente eficiente y provoca una gran variación reversible en la cantidad de dióxido de carbono que el líquido puede contener. A baja temperatura y presión moderada, el líquido tipo II basado en bromuro almacena más del doble de dióxido de carbono que su homólogo tipo III y mucho más que el disolvente puro. También muestra una capacidad récord en comparación con todos los líquidos porosos tipo II reportados previamente, al tiempo que sigue prefiriendo captar dióxido de carbono frente al nitrógeno y al metano.

Por qué importa esto para gases más limpios

Al ajustar con finura las interacciones eléctricas entre un marco poroso y su líquido iónico circundante, los investigadores han demostrado una receta general para obtener líquidos porosos muy distintos a partir de los mismos bloques de construcción. Una vía produce jaulas disueltas con una capacidad de gas excepcional y un control fuerte accionado por la luz; la otra conserva un marco extendido con un rendimiento más moderado pero aún mejorado. Este enfoque podría ayudar a los ingenieros a diseñar líquidos con prestaciones a medida y conmutable para capturar dióxido de carbono de corrientes de gas mixtas y para otras separaciones, combinando la facilidad de procesado de los líquidos con la potencia de almacenamiento de los sólidos porosos.

Cita: Liu, Y., Jin, HY., Li, MM. et al. From the same supramolecular framework to distinct types of porous liquids via in-situ transformation. Nat Commun 17, 3072 (2026). https://doi.org/10.1038/s41467-026-69837-8

Palabras clave: líquidos porosos, captura de dióxido de carbono, líquidos iónicos, separación de gases, materiales fotorespuesta