खोखले पदार्थ - वैज्ञानिकों को 2025 का रसायन विज्ञान का नोबेल पुरस्कार जीतने में मदद करने की कुंजी

(डैन ट्राई) - रसायन विज्ञान में 2025 के नोबेल पुरस्कार ने तीन वैज्ञानिकों को सम्मानित किया है, जिन्होंने धातु-कार्बनिक ढांचे का आविष्कार किया है, जिससे आणविक स्तर पर पदार्थों को संग्रहीत करने, अलग करने और संसाधित करने की तकनीक के लिए एक नया युग शुरू हो गया है।

8 अक्टूबर की दोपहर को, रॉयल स्वीडिश एकेडमी ऑफ साइंसेज ने घोषणा की कि रसायन विज्ञान में 2025 का नोबेल पुरस्कार तीन वैज्ञानिकों, सुसुमु कितागावा, रिचर्ड रॉबसन और उमर एम. याघी को धातु-कार्बनिक ढांचे (एमओएफ) के विकास में उनके अग्रणी योगदान के लिए दिया जाएगा।

रसायन विज्ञान में 2025 का नोबेल पुरस्कार जीतने वाले तीन वैज्ञानिकों के चित्र।

नोबेल असेंबली के अनुसार, यह पदार्थ विज्ञान की एक बिल्कुल नई भाषा के निर्माण का एक महत्वपूर्ण मोड़ है। धातुएँ और कार्बनिक यौगिक जटिल रूप से जुड़े हुए हैं और छिद्रपूर्ण नेटवर्क बनाते हैं जो अणुओं को संग्रहीत, पृथक और रूपांतरित करने में सक्षम हैं - एक ऐसी दिशा जिसे आधुनिक ऊर्जा, पर्यावरण और रासायनिक प्रौद्योगिकी में क्रांतिकारी माना जाता है।

धातु और कार्बनिक का जादुई संयोजन

धातु-कार्बनिक ढांचे क्रिस्टलीय संरचनाएं हैं जो धातु आयनों या धातु समूहों से बनी होती हैं जो कार्बनिक लिंकर्स से एक क्रमबद्ध, दोहरावदार संरचना में जुड़ी होती हैं, तथा एक त्रि-आयामी नेटवर्क बनाती हैं।

धातु के नोड्स और बंधन अणुओं के बीच के स्थान में बड़े-बड़े रिक्त स्थान होते हैं, जो इस पदार्थ को अत्यधिक छिद्रपूर्ण बनाते हैं। पारंपरिक ठोस पदार्थों के विपरीत, धातु-कार्बनिक ढाँचों का सतह क्षेत्र प्रति ग्राम हज़ारों वर्ग मीटर तक पहुँच सकता है।

धातु-कार्बनिक ढांचे के अंदर खोखली संरचना (फोटो: एमओएफ टेक्नोलॉजीज)।

2017 में केमिस्ट्री वर्ल्ड पत्रिका से बात करते हुए, प्रोफ़ेसर उमर याघी ने कहा था कि कुछ MOF की सरंध्रता 10,000 m2/ग्राम (अन्य सरंध्र पदार्थों की तुलना में 10 गुना ज़्यादा) तक पहुँच सकती है। एक ग्राम MOF का आंतरिक पृष्ठीय क्षेत्रफल लगभग दो अमेरिकी फ़ुटबॉल मैदानों के बराबर हो सकता है। यही विशेषता MOF को नियंत्रित तरीके से अणुओं को अवशोषित करने, संग्रहीत करने या अलग करने की क्षमता प्रदान करती है, जो ज़ियोलाइट या सिलिका जैसे अन्य सरंध्र पदार्थों से कहीं बेहतर है।

नोबेल समिति के अनुसार, ये “प्रकृति में अभूतपूर्व सरंध्रता वाली सामग्रियाँ हैं, फिर भी ये अपनी क्रिस्टलीय संरचनाओं की स्थिरता और सततता बनाए रखती हैं।” कार्बनिक यौगिकों के लचीलेपन को धातुओं के स्थायित्व के साथ संयोजित करने की क्षमता के कारण, धातु-कार्बनिक ढाँचे 21वीं सदी के रसायन विज्ञान के सबसे महत्वपूर्ण आविष्कारों में से एक बन गए हैं।

विचार से वैज्ञानिक क्रांति तक

धातु-कार्बनिक ढांचे का विकास तीन दशकों से भी अधिक समय तक चलने वाली कहानी है, जिसकी शुरुआत 1980 के दशक के अंत में मेलबर्न विश्वविद्यालय (ऑस्ट्रेलिया) में रिचर्ड रॉबसन के पहले प्रयोगों से हुई थी।

उन्होंने पहले धातु-कार्बनिक ढाँचे के निर्माण में अग्रणी भूमिका निभाई, यह समझते हुए कि धातु आयनों को कार्बनिक अणुओं से जोड़कर क्रिस्टलीय संरचनाएँ बनाई जा सकती हैं जो एक, दो या तीन आयामों में विस्तारित होती हैं। हालाँकि, ये प्रारंभिक पदार्थ अक्सर अस्थिर होते थे और विलायकों या उच्च तापमान के संपर्क में आने पर ढह जाते थे।

धातु आयनों और कार्बनिक अणुओं को सावधानीपूर्वक संयोजित करके एक धातु चतुष्फलकीय ढांचे के समान संरचना बनाई जाती है (चित्र: रॉयल स्वीडिश एकेडमी ऑफ साइंसेज)।

1990 के दशक के मध्य तक, क्योटो विश्वविद्यालय में कार्यरत सुसुमु कितागावा ने यह प्रदर्शित कर दिया था कि गैस उनके द्वारा बनाए गए धातु-कार्बनिक क्रिस्टल ढाँचों में प्रवेश कर सकती है और उनके अंदर गति कर सकती है। यह एक बड़ी सफलता थी, जिसने पहली बार यह प्रदर्शित किया कि ठोस पदार्थ अपने परिवेश के साथ गतिशील रूप से अंतःक्रिया कर सकते हैं।

इसी दौरान, एक युवा अमेरिकी रसायनज्ञ, उमर एम. यागी ने एक संश्लेषण विधि विकसित की जिससे सटीक रूप से परिभाषित संरचनाओं वाले स्थिर, तापीय रूप से स्थिर धातु-कार्बनिक ढाँचे तैयार हुए। उन्होंने "रेटिकुलर केमिस्ट्री" की अवधारणा की नींव रखी - एक ऐसा दृष्टिकोण जो आणविक निर्माण खंडों को जानबूझकर जोड़कर पूर्वनिर्धारित गुणों वाले क्रिस्टलीय जालक बनाने की अनुमति देता है।

याघी द्वारा निर्मित स्थिर पदार्थ, MOF-5 की संरचना में घनाकार स्थान हैं (चित्र: रॉयल स्वीडिश एकेडमी ऑफ साइंसेज)।

तीन वैज्ञानिकों के योगदान के कारण, अनुसंधान का यह नया क्षेत्र आधुनिक पदार्थ रसायन विज्ञान में एक स्वतंत्र दिशा के रूप में विकसित हो गया है, जिसमें हजारों धातु-कार्बनिक फ्रेमवर्क संरचनाओं को संश्लेषित किया गया है और कई उच्च तकनीक क्षेत्रों में लागू किया गया है।

सदी के आविष्कार के विस्तारित अनुप्रयोग

शोध से पता चलता है कि, अपने “छिद्रपूर्ण किन्तु मजबूत” गुणों के कारण, धातु-कार्बनिक ढांचे कई भूमिकाएं निभा सकते हैं जो पहले ठोस पदार्थों के लिए असंभव थीं।

नोबेल समिति की प्रेस विज्ञप्ति में कहा गया है कि धातु-कार्बनिक ढाँचों का उपयोग उनकी छिद्रपूर्ण संरचनाओं में CO₂ को अवशोषित और संग्रहीत करने के लिए किया जा सकता है, जिससे ग्रीनहाउस गैस उत्सर्जन को कम करने में मदद मिलती है। कुछ धातु-कार्बनिक ढाँचे शुष्क, रेगिस्तानी हवा से जल वाष्प को हवा में मौजूद प्राकृतिक आर्द्रता का उपयोग करके अवशोषित कर सकते हैं, और सौर ऊर्जा को स्वच्छ जल में परिवर्तित कर सकते हैं। जल संसाधनों की कमी वाले क्षेत्रों के लिए इसे विशेष रूप से उपयोगी तकनीक माना जाता है।

अपने उच्च सतह क्षेत्र और चयनात्मकता के कारण, एमओएफ का उपयोग वाष्पशील कार्बनिक यौगिकों को छानने, अपशिष्ट जल से भारी धातुओं या विषैले रसायनों को हटाने, और हीलियम या हाइड्रोजन जैसी उत्कृष्ट गैसों को अलग करने के लिए भी किया जाता है। वैज्ञानिक अब ऊर्जा भंडारण, विशेष रूप से हाइड्रोजन और मीथेन – दो संभावित स्वच्छ ईंधनों – के लिए धातु-कार्बनिक ढाँचों की खोज कर रहे हैं।

याघी अनुसंधान प्रयोगशाला के सदस्य (फोटो: कैलिफोर्निया विश्वविद्यालय, बर्कले)।

गौरतलब है कि प्रोफेसर उमर यागी ने 2021 में “उभरते क्षेत्र में उत्कृष्ट उपलब्धियों वाले नवप्रवर्तक” (नए क्षेत्रों पर शोध करने वाले वैज्ञानिक) श्रेणी में विनफ्यूचर पुरस्कार भी जीता था।

एमओएफ पर अनुसंधान को वियतनाम के लिए एक संभावित विकास दिशा भी माना जाता है, क्योंकि देश हरित परिवर्तन को बढ़ावा दे रहा है और ऊर्जा, पर्यावरण और जैव चिकित्सा उद्योगों के लिए उन्नत सामग्री विकसित कर रहा है।

विनफ्यूचर इनोवाकनेक्ट जैसे कार्यक्रमों के माध्यम से वियतनामी वैज्ञानिकों को अंतर्राष्ट्रीय अनुसंधान समुदाय के साथ सीधे जुड़ने का अवसर मिलता है, जिससे एमओएफ, अगली पीढ़ी की बैटरियों या कार्बन कैप्चर जैसे उभरते क्षेत्रों में सहयोग का विस्तार होता है।

प्रथम विनफ्यूचर पुरस्कार समारोह में प्रोफेसर उमर याघी।

2025 के नोबेल पुरस्कार की घोषणा के दौरान, रसायन विज्ञान की नोबेल समिति के अध्यक्ष प्रोफेसर हेनर लिंके ने कहा:

"धातु-कार्बनिक ढांचे में अपार संभावनाएं हैं, जो नए प्रयोजनों के लिए अनुकूलित गुणों के साथ इंजीनियर सामग्री बनाने के अभूतपूर्व अवसर खोलती हैं।"

ये सामग्रियां वायु प्रदूषण, जलवायु परिवर्तन, स्वच्छ जल की कमी और नवीकरणीय ऊर्जा भंडारण जैसी वैश्विक चुनौतियों को हल करने में मदद करने का वादा करती हैं - ये समस्याएं 21वीं सदी में मानवता के सामने हैं।

रसायन विज्ञान में 2025 के नोबेल पुरस्कार से संदेश

रसायन विज्ञान में 2025 का नोबेल पुरस्कार न केवल तीन उत्कृष्ट वैज्ञानिकों को सम्मानित करता है, बल्कि एक गहन संदेश भी देता है, पदार्थ विज्ञान में सोचने का एक नया तरीका: "खाली" अब केवल एक अर्थहीन शून्य नहीं है, बल्कि संभावनाओं से भरा है।

वैज्ञानिक दृष्टिकोण से, धातु-कार्बनिक ढाँचों का आविष्कार भौतिक खोज से नई सामग्रियों के निर्माण की ओर एक बदलाव का प्रतिनिधित्व करता है। मनुष्य अब पूरी तरह से प्रकृति पर निर्भर नहीं है, बल्कि किसी विशिष्ट उद्देश्य के लिए संरचनाओं और कार्यों वाली नई सामग्रियों का डिज़ाइन तैयार कर सकता है।

धातु-कार्बनिक ढांचे का प्रभाव वर्तमान अनुप्रयोगों तक ही सीमित नहीं है, बल्कि यह नई पीढ़ी की सामग्रियों के विकास का मार्ग भी प्रशस्त करता है, जैसे: सहसंयोजक कार्बनिक ढांचे (सीओएफ) और जियोलिटिक इमिडाजोलेट फ्रेमवर्क (जेडआईएफ) - जो भविष्य में समान, या उससे भी बेहतर क्षमताओं के साथ होंगे।

कई अन्य प्रकार की MOF संरचनाओं को संश्लेषित किया गया है, जिनमें से प्रत्येक अपना कार्य करती है (फोटो: रॉयल स्वीडिश एकेडमी ऑफ साइंसेज)।

छोटी प्रयोगशालाओं से, जहां पहले क्रिस्टल उगाए गए थे, से लेकर उन भौतिक प्रणालियों की परिकल्पना तक जो जहरीली गैसों को फिल्टर कर सकती हैं, हवा से "पानी निचोड़" सकती हैं, और ऊर्जा का भंडारण कर सकती हैं, धातु-कार्बनिक ढांचे को विकसित करने की यात्रा आधुनिक विज्ञान की भावना का उदाहरण है: नवाचार, अंतःविषय सहयोग, और स्थायी मूल्य के लिए एक प्रेरणा।

स्रोत: https://dantri.com.vn/khoa-hoc/vat-lieu-rong-chia-khoa-giup-cac-nha-khoa-hoc-gianh-nobel-hoa-hoc-2025-20251009215157748.htm