جایزه نوبل شیمی ۲۰۲۵: از «اسباب‌بازی معمایی» تا ماده قرن

جایزه نوبل شیمی سال ۲۰۲۵ به سه دانشمندی اهدا شد که در توسعه چارچوب‌های فلزی-آلی (MOFs) پیشگام بوده‌اند. این چارچوب‌ها، مواد متخلخل انقلابی با کاربردهای بالقوه گسترده‌ای هستند، از جذب آب در بیابان‌ها گرفته تا ذخیره CO₂ و رساندن دارو به بدن.

صفحه نمایشی تصویر سه دانشمند برنده جایزه نوبل شیمی ۲۰۲۵ را در مراسم اعلام برندگان در آکادمی سلطنتی علوم سوئد در استکهلم، ۸ اکتبر، نشان می‌دهد - عکس: رویترز

در ۸ اکتبر در استکهلم (سوئد)، به سه دانشمند سوسومو کیتاگاوا (۷۴ ساله، دانشگاه کیوتو - ژاپن)، ریچارد رابسون (۸۸ ساله، دانشگاه ملبورن - استرالیا) و عمر ام. یاغی (۶۰ ساله، دانشگاه کالیفرنیا - برکلی، ایالات متحده آمریکا) صد و هفدهمین جایزه نوبل شیمی اهدا شد.

دستاوردهای آنها داستان زیبایی از جاه‌طلبی فکری، پشتکار در تحقیق و قدرت همکاری علمی فرامرزی را روایت می‌کند.

کاربرد مواد فوم چند منظوره

اثر برنده «توسعه چارچوب‌های فلزی-آلی» (MOFs) نام دارد. در این ساختار، یون‌های فلزی به عنوان پایه عمل می‌کنند و به مولکول‌های آلی طویل حاوی رادیکال‌های کربنی متصل می‌شوند. این ترکیب، کریستال‌هایی با حفره‌های بزرگ ایجاد می‌کند - مواد متخلخل با خواص منحصر به فرد.

با تغییر دادن اجزای سازنده، شیمی‌دان‌ها می‌توانند MOFها را طوری طراحی کنند که مواد خاصی را جذب و ذخیره کنند، واکنش‌های شیمیایی را ارتقا دهند یا الکتریسیته را هدایت کنند.

هاینر لینک، رئیس کمیته نوبل شیمی، در مراسم اهدای جایزه گفت: «چارچوب‌های فلزی-آلی پتانسیل عظیمی دارند و فرصت‌های بی‌سابقه‌ای را برای ایجاد مواد سفارشی با عملکردهای جدید فراوان فراهم می‌کنند.»

محققان با بهره‌گیری از اکتشافات پیشگامانه‌ی سه دانشمند، ده‌ها هزار نوع مختلف از MOFها را توسعه داده‌اند که مسیرهای بی‌شماری را برای علم و فناوری گشوده است.

داستان از سال ۱۹۸۹ آغاز می‌شود، زمانی که پروفسور ریچارد رابسون در دانشگاه ملبورن (استرالیا) سعی کرد از روش جدیدی برای ایجاد ساختارهای شیمیایی استفاده کند.

او یون‌های مس با بار مثبت را با یک مولکول چهار بازویی که یک گروه شیمیایی داشت که یون‌های مس را در نوک هر بازو جذب می‌کرد، ترکیب کرد. نتیجه، کریستالی با ساختار منظم و فضای باز، مانند الماسی حاوی حفره‌های بی‌شمار بود.

رابسون و همکارانش سپس اصل «میله-گره» را برای ایجاد یک شبکه هماهنگی توخالی توسعه دادند و راه را برای طراحی چارچوب‌های فلزی-آلی به شکل دلخواه هموار کردند. با این حال، ساختارهای اولیه ناپایدار و مستعد فروپاشی بودند که بزرگترین مانع در مرحله اولیه بود.

سه قاره در یک دستاورد

با این حال، دو دانشمند، سوسومو کیتاگاوا و عمر یاغی، به این روش پایه و اساس محکمی بخشیدند. آنها از سال ۱۹۹۲ تا ۲۰۰۳، مجموعه‌ای از اکتشافات انقلابی را انجام دادند.

در دانشگاه کیوتو (ژاپن)، پروفسور کیتاگاوا این تصور رایج قبل از سال ۱۹۹۷ را که کریستال‌های آلی توخالی اگر چیزی درونشان نباشد، فرو می‌ریزند، رد کرد.

او نشان داد که می‌توان هیبریدهای آلی-فلزی ایجاد کرد که هم متخلخل و هم قوی باشند و گازها بتوانند از این ساختارها به داخل و خارج جریان یابند. او همچنین اصطلاح «MOFهای تنفسی» را ابداع کرد که توانایی MOFها را در انبساط و انقباض در پاسخ به مولکول‌هایی که جذب می‌کنند، دقیقاً مانند ریه‌های انسان، توصیف می‌کند.

یاغی به عنوان یک دانشجوی جوان فارغ‌التحصیل و استاد آینده، از خود می‌پرسید که چرا شیمی مواد به «تکان دادن و پختن» محدود شده است. از آنجا، ایده «دوختن» بلوک‌های مولکولی مانند یک پازل برای ایجاد یک شبکه کریستالی طبق طرح، به ذهنش رسید.

این تفکر اساس «شیمی شبکه‌ای» شد و او بود که نام MOF را برای این ماده جدید ابداع کرد. او همچنین طرح‌های نظری را توسعه داد و ماده کلاسیک MOF-5 را با مساحت سطح عظیم و پایداری بالا خلق کرد.

آقای رابسون پس از شب‌های بی‌خوابی در آزمایشگاه، کریستال‌های ترک‌خورده و شکست‌های بی‌شمار، پایه و اساس MOFها را بنا نهاد. آقای کیتاگاوا تخلخل انعطاف‌پذیر را نشان داد و آقای یاغی روش‌ها و زبان را سیستماتیک کرد تا به جامعه علمی کمک کند تا به گسترش کاربردهای آن در تولید و زندگی ادامه دهد.

اگرچه این سه غول شیمی به طور جداگانه در سه قاره کار می‌کنند، اما دهه‌هاست که همکار و دوست صمیمی یکدیگر بوده‌اند و از سال ۱۹۸۹ به بعد، پیشرفت‌های تحقیقاتی یکدیگر را تکمیل کرده‌اند.

اولاف رامستروم، عضو کمیته نوبل شیمی، کشف آنها را به «کیسه جادویی هرمیون گرنجر» در کتاب‌های هری پاتر تشبیه کرد، که از بیرون کوچک است اما به اندازه کافی بزرگ است که کل جهان را در خود جای دهد.

آن سال‌های اولیه و دهه‌ها تحقیق، امروز منجر به جایزه معتبر نوبل شده است. داستان MOF البته تازه شروع شده است.

(الف) فرآیند تشکیل MOF؛ (ب) فرآیند جذب گاز یا سایر مواد به MOF - داده‌ها: SPRINGER؛ داده‌ها: TV

از آزمایشگاه تا زندگی

MOFها اکنون به طور گسترده در تولید و زندگی روزمره مورد استفاده قرار می‌گیرند. علاوه بر کاربردهای ذکر شده توسط کمیته نوبل، این ماده همچنین می‌تواند انتشار CO₂ را ذخیره کند تا آنها را به محصولات آلی مفید تبدیل کند، داروها را در بدن آزاد کند، واکنش‌های شیمیایی را کاتالیز کند و حتی با به دام انداختن اتیلن، روند رسیدن میوه‌ها را کند کند.

این مثال‌ها نشان می‌دهند که MOFها نه تنها مواد متخلخل «خوبی» برای تحقیقات پایه هستند، بلکه پلتفرم‌های فناوری مهمی برای انرژی، محیط زیست و زیست‌پزشکی نیز محسوب می‌شوند و به بهبود کیفیت زندگی کمک می‌کنند.

در ویتنام، بسیاری از گروه‌های تحقیقاتی در دانشگاه‌ها و مؤسسات علمی، MOFها را در کاتالیز، ذخیره‌سازی گاز و آزادسازی دارو به کار برده‌اند. این نشان می‌دهد که دانشمندان داخلی با روندهای پیشرفته فناوری همگام هستند.

در چند سال آینده، MOFها به فرآیندهای نیمه‌صنعتی، تجهیزات جمع‌آوری آب، جذب CO₂، ستون‌های جذب و غشاهای فیلتراسیون ظریف وارد خواهند شد.

انتظار می‌رود که در ۵ تا ۱۰ سال آینده، MOFها بتوانند بر اساس تقاضا برای ذخیره‌سازی ایمن هیدروژن، جداسازی مولکولی انتخابی، حسگرهای محیطی بسیار حساس و کاتالیز شیمیایی سبز طراحی شوند - که باعث کاهش هزینه‌های انرژی، کاهش انتشار گازهای گلخانه‌ای و ایجاد نسل جدیدی از بازارهای مواد چارچوبی می‌شود.

با توسعه سریع هوش مصنوعی، غیرممکن نیست که هوش مصنوعی، ایجاد MOFهایی با ارزش کاربردی بالا را در بسیاری از زمینه‌های دیگر ارتقا دهد.

پروفسور عمر یاغی و نشان او در VNU-HCM

پروفسور یاغی در سال ۲۰۱۰ از پردیس دانشگاه VNU-HCM بازدید کرد - عکس: DPCC

در طول 30 سال تأسیس و توسعه، VNU-HCM همواره از همراهی ارزشمند بسیاری از متخصصان و دانشمندان بین‌المللی - دوستانی صادق و فداکار که درس‌های بزرگی در مدیریت، تحقیق و نوآوری به ارمغان آورده‌اند - بهره‌مند بوده است.

به طور خاص، پروفسور عمر ام. یاغی (دانشگاه کالیفرنیا، برکلی - UCB)، دانشمند برجسته جهان در زمینه چارچوب‌های فلزی-آلی (MOFs)، تأثیر عمیقی بر VNU-HCM گذاشته است.

استاد با سبک کاری سختگیرانه اما الهام‌بخش، نه تنها به دستیابی به نتایج خاص بسیاری کمک می‌کند، بلکه در تغییر شکل آگاهی و فرهنگ تحقیقات علمی دانشکده نیز نقش دارد.

VNU-HCM از فرآیند همکاری درس‌های ارزشمندی آموخته است: نظم و اشتیاق: کار علمی نیازمند جدیت، اشتیاق شدید و نظم آزمایشگاهی استاندارد است؛ کیفیت عالی : همه تحقیقات باید مطابق با استانداردهای بین‌المللی باشند و فقط در معتبرترین مجلات منتشر شوند؛ استعداد و رفتار: دانشمندان باید توسط مشاوران برجسته، شرایط تحقیقاتی مناسب و رژیمی متناسب با «ارزش بازار» پشتیبانی شوند؛ قابلیت اجرا: اگرچه تحقیقات بنیادی است، اما همچنان باید با هدف توانایی به‌کارگیری و جذب بودجه انجام شود - کاری که خود پروفسور یاغی مستقیماً با VNU-HCM انجام داده است؛ انسانیت و دقت: در تخصص دقیق اما در عین حال مهربان، صمیمی و همیشه آماده برای به اشتراک گذاشتن تجربیات.

در سال ۲۰۲۲، پروفسور عمر م. یاغی جایزه VinFuture را دریافت کرد، اما اهمیت بیشتر، ارزش‌هایی است که او از خود به جا گذاشته است - از آموزش نسل جوان دانشمندان، ایجاد مراکز تعالی (CoE) گرفته تا گسترش روحیه پژوهش حرفه‌ای و فداکاری برای دانش.

دانشیار، دکتر فان تان بین (مدیر سابق VNU-HCM)

بازگشت به موضوع

دانشیار، دکتر نگوین تان وین - لیلی نگوین

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