Nobelova cena za chemii 2025: Od „skládačky“ k materiálu století

Nobelova cena za chemii za rok 2025 byla udělena třem vědcům, kteří se stali průkopníky ve vývoji metalo-organických struktur (MOF) – revolučních porézních materiálů s širokým potenciálem využití, od zachycování vody v pouštích, přes ukládání CO₂ až po podávání léků do těla.

Obrazovka zobrazuje tři vědce , kteří získali Nobelovu cenu za chemii za rok 2025, během slavnostního vyhlášení v Královské švédské akademii věd ve Stockholmu 8. října - Foto: REUTERS

8. října byla ve Stockholmu (Švédsko) udělena třem vědcům Susumu Kitagawovi (74 let, Kjótská univerzita - Japonsko), Richardu Robsonovi (88 let, Melbourneská univerzita - Austrálie) a Omaru M. Yaghimu (60 let, Kalifornská univerzita - Berkeley, USA) 117. Nobelova cena za chemii.

Jejich úspěchy vyprávějí krásný příběh o intelektuálních ambicích, výzkumné vytrvalosti a síle přeshraniční vědecké spolupráce.

Aplikace víceúčelového pěnového materiálu

Vítězná práce se jmenuje „Vývoj metalo-organických struktur“ (MOF). V této struktuře fungují kovové ionty jako základ, spojené s dlouhými organickými molekulami obsahujícími uhlíkové radikály. Tato kombinace vytváří krystaly s velkými dutinami – porézní materiály s jedinečnými vlastnostmi.

Úpravou stavebních bloků mohou chemici navrhnout MOF pro zachycení a ukládání specifických látek, podporu chemických reakcí nebo vedení elektřiny.

„Metal-organické struktury mají obrovský potenciál a otevírají nebývalé možnosti pro vytváření materiálů na míru s mnoha novými funkcemi,“ řekl na slavnostním předávání cen Heiner Linke, předseda Nobelova výboru pro chemii.

Z průkopnických objevů tří vědců vyvinuli výzkumníci desítky tisíc různých typů MOF, což otevírá nespočet směrů pro vědu a techniku.

Příběh začíná v roce 1989, kdy se profesor Richard Robson na Univerzitě v Melbourne (Austrálie) pokusil využít nový způsob vytváření chemických struktur.

Spojil kladně nabité ionty mědi se čtyřramennou molekulou, která měla chemickou skupinu přitahující ionty mědi na špičce každého ramene. Výsledkem byl krystal s uspořádanou strukturou otevřeného prostoru, podobnou diamantu obsahujícímu nespočet dutin.

Robson a jeho kolegové poté vyvinuli princip „tyč-uzel“ pro vytvoření duté koordinační sítě, což vydláždilo cestu pro navrhování kovově-organických struktur v požadovaném tvaru. Počáteční struktury však byly nestabilní a náchylné ke kolapsu, což byla v počáteční fázi největší překážka.

Tři kontinenty v jednom průlomu

Dva vědci, Susumu Kitagawa a Omar Yaghi, však dali této metodě pevný základ. V letech 1992 až 2003 učinili řadu revolučních objevů.

Na Kjótské univerzitě (Japonsko) profesor Kitagawa vyvrátil rozšířenou představu, která panovala před rokem 1997, že duté organické krystaly by se zhroutily, pokud by uvnitř nic nebylo.

Ukázal, že je možné vytvořit hybridy organických kovů, které jsou zároveň porézní a pevné, a že plyny mohou proudit do těchto struktur a ven z nich. Také zavedl termín „dýchající MOF“, který popisuje schopnost MOF rozpínat se a smršťovat v reakci na molekuly, které adsorbují, podobně jako lidské plíce.

Jako mladý postgraduální student a budoucí profesor se Yaghi zamýšlel nad tím, proč se chemie materiálů omezuje na „třepání a pečení“. Odtud přišel s myšlenkou „sešívání“ molekulárních bloků jako skládačky, aby vytvořil krystalovou mřížku podle návrhu.

Toto myšlení se stalo základem „retikulární chemie“ a byl to on, kdo pro nový materiál vymyslel název MOF. Také rozvinul teoretické návrhy a vytvořil klasický materiál MOF-5 s jeho obrovským povrchem a vysokou stabilitou.

Po bezesných nocích v laboratoři, prasklých krystalech a nesčetných neúspěších položil pan Robson základy pro MOF (metal-organické volně montované materiály). Pan Kitagawa demonstroval flexibilní pórovitost a pan Yaghi systematizoval metody a terminologii, aby pomohl vědecké komunitě dále rozšiřovat aplikace do výroby a života.

Přestože tito tři giganti chemie pracují odděleně na třech kontinentech, jsou po celá desetiletí kolegy a blízkými přáteli a od roku 1989 se vzájemně doplňují ve svých výzkumných průlomech.

Člen Nobelova výboru pro chemii Olof Ramström přirovnal jejich objev k „kouzelnému vaku Hermiony Grangerové“ z knih o Harrym Potterovi, zvenku malému, ale dostatečně velkému, aby se do něj vešel celý svět .

Tyto rané roky a desetiletí výzkumu vyústily v dnešní prestižní Nobelovu cenu. Příběh MOF samozřejmě teprve začíná.

(a) Proces tvorby MOF; (b) Proces adsorpce plynu nebo jiných látek do MOF - Data: SPRINGER; Data: TV

Z laboratoře do života

MOF se nyní široce používají ve výrobě i v každodenním životě. Kromě použití zmíněných Nobelovým výborem může tento materiál také ukládat emise CO₂ a přeměňovat je na užitečné organické produkty, uvolňovat léky v těle, katalyzovat chemické reakce a dokonce zpomalovat proces zrání ovoce zachycováním ethylenu.

Tyto příklady ukazují, že MOF nejsou jen „pěknými“ porézními materiály pro základní výzkum, ale také důležitými technologickými platformami pro energetiku, životní prostředí a biomedicínu, které přispívají ke zlepšení kvality života.

Ve Vietnamu mnoho výzkumných skupin na univerzitách a vědeckých ústavech aplikuje MOF v katalýze, skladování plynů a uvolňování léčiv. To ukazuje, že domácí vědci drží krok s pokročilými technologickými trendy.

V příštích několika letech budou MOF zavedeny do poloprůmyslových procesů, integrovány do zařízení pro zachycování vody, zachycování CO₂, adsorpčních kolon a membrán pro jemnou filtraci.

Očekává se, že v příštích 5–10 letech bude možné navrhovat MOF na vyžádání pro bezpečné skladování vodíku, selektivní molekulární separaci, vysoce citlivé snímání vlivů na životní prostředí a zelenou chemickou katalýzu – což sníží náklady na energii, emise a otevře trhy s materiály pro konstrukce nové generace.

S rychlým rozvojem umělé inteligence není vyloučeno, že AI podpoří vytváření MOF s vysokou aplikační hodnotou v mnoha dalších oblastech.

Profesor Omar Yaghi a jeho stopa na VNU-HCM

Profesor Yaghi navštívil kampus VNU-HCM v roce 2010 - Foto: DPCC

Během 30 let založení a rozvoje se VNU-HCM vždy těšila cenné společnosti od mnoha mezinárodních odborníků a vědců - upřímných a oddaných přátel, kteří přinesli cenné ponaučení v oblasti managementu, výzkumu a inovací.

Zejména profesor Omar M. Yaghi (Kalifornská univerzita v Berkeley - UCB), přední světový vědec v oblasti metalo-organické struktury (MOF), zanechal na VNU-HCM hlubokou stopu.

Díky přísnému, ale inspirativnímu pracovnímu stylu profesor nejen pomáhá dosáhnout mnoha konkrétních výsledků, ale také přispívá k přetváření povědomí a kultury vědeckého výzkumu ve škole.

Z procesu spolupráce si VNU-HCM odnesl cenné poznatky: Disciplína a vášeň: Vědecká práce vyžaduje vážnost, intenzivní vášeň a standardní laboratorní disciplínu; Vynikající kvalita : Veškerý výzkum musí splňovat mezinárodní standardy a být publikován pouze v nejprestižnějších časopisech; Talent a zacházení: Vědci musí být podporováni předními poradci, musí mít odpovídající výzkumné podmínky a režim odpovídající „tržní hodnotě“; Použitelnost: I když se jedná o základní výzkum, musí se stále zaměřovat na schopnost podat žádost a získat financování – což profesor Yaghi sám přímo udělal s VNU-HCM; Lidskost a důslednost: Přísný v odbornosti, ale přesto laskavý, blízkost a vždy připravený sdílet.

V roce 2022 získal profesor Omar M. Yaghi cenu VinFuture, ale větší význam mají hodnoty, které po sobě zanechal – od vzdělávání mladé generace vědců, budování center excelence (CoE) až po šíření ducha profesionálního výzkumu a oddanosti poznání.

Docent, Dr. PHAN THANH BINH (bývalý ředitel VNU-HCM)

Zpět k tématu

Docent, Dr. Nguyen Thanh Vinh - Lyly Nguyen

Zdroj: https://tuoitre.vn/nobel-hoa-hoc-2025-tu-do-choi-xep-hinh-den-vat-lieu-the-ky-20251008222351112.htm