Si alguien dijera que algunos de los materiales más prometedores para combatir la contaminación del agua contienen elementos utilizados en vehículos eléctricos, satélites, teléfonos inteligentes e incluso equipos militares, probablemente te costaría creerlo.
Esa es precisamente la historia de las perovskitas basadas en tierras raras, una nueva generación de materiales que está captando la atención de científicos de todo el mundo. Aunque pocas personas fuera del ámbito científico han oído hablar de ellas, podrían desempeñar un papel clave para enfrentar algunos de los mayores desafíos tecnológicos y ambientales del siglo XXI [1].
Paradójicamente, las llamadas tierras raras no son tan raras. El nombre surgió en el siglo XVIII, cuando estos elementos se encontraban mezclados entre sí y resultaban extremadamente difíciles de separar.
En realidad, constituyen un grupo de 17 elementos químicos, integrado por los 15 lantánidos, además del escandio (Sc) y el itrio (Y). Entre los más conocidos destacan el lantano (La), cerio (Ce), neodimio (Nd), samario (Sm), europio (Eu) y gadolinio (Gd), considerados hoy materias primas críticas para la transición energética y la revolución digital.
Perovskitas: ¿qué son?
Una perovskita es una familia de materiales que comparten la misma estructura cristalina, formada por átomos o iones dispuestos de manera particular. Esa estructura puede admitir diferentes elementos químicos, lo que permite modificar las propiedades del material.
Cuando se incorporan elementos del grupo de las tierras raras, como lantano, cerio, europio o neodimio, se obtienen perovskitas a base de tierras raras, cuyas propiedades ópticas, electrónicas, magnéticas o catalíticas pueden ser diferentes de las de otras perovskitas.
Cuando una perovskita a base de tierras raras absorbe la energía de la luz solar, algunos de sus electrones se ponen en movimiento y desencadenan una serie de reacciones en la superficie del material.
Como consecuencia, se forman especies altamente reactivas, como los radicales hidroxilo (•OH) y los radicales superóxido (O2•⁻), que atacan y degradan colorantes industriales, pesticidas, residuos farmacéuticos y otros contaminantes orgánicos, hasta transformarlos parcial o completamente en dióxido de carbono, agua y otras sustancias de menor impacto ambiental [2].
La eficiencia de este proceso depende en gran medida de la composición de la perovskita. La incorporación de tierras raras puede modificar la estructura electrónica del cristal, mejorar la absorción de la luz y favorecer la separación de las cargas eléctricas, reduciendo las pérdidas de energía y aumentando la actividad fotocatalítica.
Este proceso, conocido como fotocatálisis, convierte la luz solar en una herramienta para eliminar contaminantes del agua de forma más sostenible, reduciendo el uso de reactivos químicos y el consumo de energía frente a muchos tratamientos convencionales.
Perovskitas y tierras raras
Las perovskitas son una familia de compuestos que comparten una arquitectura cristalina representada, de forma general, por la fórmula ABX₃. Aunque parece una estructura sencilla, es una de las más versátiles de la ciencia de materiales.
En esta estructura cristalina, cada sitio tiene una función: el sitio A suele estar ocupado por cationes grandes; el sitio B, por un metal de transición o un lantánido; y el sitio X, por oxígeno. Una de las principales ventajas de esta arquitectura es que algunos de sus elementos pueden sustituirse por otros sin comprometer la estabilidad del cristal.
Estos cambios pueden parecer pequeños, pero modifican de manera importante las propiedades del material: desde la forma en que absorbe y emite luz hasta su capacidad para conducir electricidad, responder a campos magnéticos o participar en reacciones químicas. En otras palabras, la estructura de las perovskitas ofrece un amplio margen para diseñar materiales con propiedades específicas.
Esta versatilidad aumenta cuando se incorporan tierras raras que, al integrarse en la estructura de una perovskita, pueden cambiar la manera en que el material interactúa con la luz, transporta cargas eléctricas y participa en reacciones químicas.
Por esta combinación de características, las perovskitas que incorporan tierras raras se investigan como una plataforma para desarrollar materiales destinados a aplicaciones como la producción de energía limpia, la electrónica avanzada y la descontaminación ambiental [3].
Hoy sabemos que las tierras raras —que paradójicamente no son tan raras— están distribuidas en distintas regiones del planeta, pero extraerlas, separarlas y obtenerlas con la pureza necesaria sigue siendo un proceso complejo y costoso [4].
Cristales que reciben luz
Aunque la fotocatálisis constituye una de las aplicaciones más prometedoras, estas perovskitas también se investigan para su incorporación en celdas solares de nueva generación, sensores químicos ultrasensibles, dispositivos emisores de luz, detectores de radiación, memorias ópticas, computación fotónica, producción de hidrógeno verde y sistemas avanzados para la captura y transformación de dióxido de carbono.
El desarrollo de nuevos materiales suele pasar desapercibido porque ocurre dentro de laboratorios. Sin embargo, muchas de las tecnologías que hoy forman parte de la vida cotidiana surgieron precisamente de investigaciones como estas que buscan una fuente de energía inédita, quizá con un cristal diseñado átomo por átomo.
Referencia principal
López Álvarez, M. Á., Chavarín Salazar, D. I., Balderas Leon, I., & Cabrera Chavarria, J. de J. (2026). Rare-earth–based perovskite photocatalytic oxides: Fundamentals, properties and applications. IntechOpen.
Otras referencias
- Jiang, Q., & Zhu, K. (2024). Rapid advances enabling high-performance inverted perovskite solar cells. Nature Reviews Materials, 9, 399–419.
- Rao, Z., Zhao, X., & Gong, X. (2024). Rare-earth-based lead-free halide double perovskites for light emission: Recent advances and applications. Advanced Functional Materials, 34, 2406424.
- Muhammad Humayun, Zhishan Li, Muhammad Israr, Abbas Khan, Wei Luo, Chundong Wang, and Zongping Shao. (2025). Perovskite Type ABO3 Oxides in Photocatalysis, Electrocatalysis, and Solid Oxide Fuel Cells: State of the Art and Future Prospects. Chemical Reviews 125 (6), 3165-3241. 10.1021/acs.chemrev.4c00553
- IEA (2025), Rare earth elements 2025, IEA, Paris. Rare earth elements 2025, Licence: CC BY 4.0
Autor
Iván Balderas-León. Es profesor de la Escuela de Ingeniería y Ciencias del Tec de Monterrey, en donde ha impartido la materia de Biofarmacéutica. Es doctor en Biotecnología por el Tec de Monterrey y posdoctorante de la Universidad de Guadalajara. Ha realizado proyectos de investigación científica para la industria farmacéutica. Actualmente sus áreas de investigación se desarrollan en el campo de la nanotecnología y la nutracéutica. También es colaborador de artículos de divulgación científica en TecScience.
