2025-ös kémiai Nobel-díj: A „kirakós játékból” az évszázad anyaga lett

A 2025-ös kémiai Nobel-díjat három tudós kapta, akik úttörő szerepet játszottak a fémorganikus vázak (MOF-ok) fejlesztésében – ezek forradalmian új porózus anyagok, amelyek széles körű alkalmazási lehetőségeket kínálnak, a sivatagokban a víz megkötésétől a szén-dioxid tárolásán át a gyógyszerek szervezetbe juttatásáig.

Egy képernyőn látható a 2025-ös kémiai Nobel-díj három nyertese a díjátadó ünnepségen a Svéd Királyi Tudományos Akadémián, Stockholmban, október 8-án - Fotó: REUTERS

Október 8-án Stockholmban (Svédország) három tudós, Susumu Kitagawa (74 éves, Kiotói Egyetem - Japán), Richard Robson (88 éves, Melbourne-i Egyetem - Ausztrália) és Omar M. Yaghi (60 éves, Kaliforniai Egyetem - Berkeley, USA) kapta a 117. kémiai Nobel-díjat.

Eredményeik gyönyörű történetet mesélnek az intellektuális ambícióról, a kutatási kitartásról és a határokon átnyúló tudományos együttműködés erejéről.

Többcélú habanyag-felhasználás

A nyertes munka címe „Fémorganikus vázak fejlesztése” (MOF). Ebben a szerkezetben a fémionok képezik az alapot, amelyek széngyököket tartalmazó hosszú szerves molekulákhoz kapcsolódnak. Ez a kombináció nagy üregekkel rendelkező kristályokat hoz létre – porózus anyagokat egyedi tulajdonságokkal.

Az építőelemek finomhangolásával a vegyészek olyan MOF-okat tervezhetnek, amelyek képesek meghatározott anyagokat befogni és tárolni, kémiai reakciókat elősegíteni vagy elektromos áramot vezetni.

„A fémorganikus vázak hatalmas potenciállal rendelkeznek, példátlan lehetőségeket nyitva meg számos új funkcióval rendelkező, testreszabott anyagok létrehozására” – mondta Heiner Linke, a kémiai Nobel-bizottság elnöke a díjátadó ünnepségen.

Három tudós úttörő felfedezéseiből kiindulva a kutatók több tízezer különböző típusú MOF-ot fejlesztettek ki, számtalan irányt nyitva meg a tudomány és a technológia számára.

A történet 1989-ben kezdődik, amikor Richard Robson professzor a Melbourne-i Egyetemen (Ausztrália) megpróbált kiaknázni egy új módszert a kémiai szerkezetek létrehozására.

Pozitív töltésű rézionokat kombinált egy négykarú molekulával, amelynek kémiai csoportja a karok hegyénél vonzotta a rézionokat. Az eredmény egy rendezett, nyitott térszerkezetű kristály lett, mint egy számtalan üreget tartalmazó gyémánt.

Robson és kollégái ezután kidolgozták a „rúd-csomópont” elvet egy üreges koordinációs hálózat létrehozására, megnyitva az utat a kívánt alakú fémorganikus vázak megtervezéséhez. A kezdeti szerkezetek azonban instabilak voltak és hajlamosak voltak az összeomlásra, ami a kezdeti szakaszban a legnagyobb akadályt jelentette.

Három kontinens egyetlen áttöréssel

Két tudós, Susumu Kitagawa és Omar Yaghi azonban szilárd alapot teremtett ennek a módszernek, és 1992 és 2003 között forradalmi felfedezések sorozatát tették.

A Kiotói Egyetemen (Japán) Kitagawa professzor megdöntötte az 1997 előtt népszerű elképzelést, miszerint az üreges szerves kristályok összeomlanak, ha nincs bennük semmi.

Bebizonyította, hogy lehetséges olyan szerves-fém hibrideket létrehozni, amelyek egyszerre porózusak és erősek, és hogy a gázok be- és ki tudnak áramolni ezekből a szerkezetekből. Ő alkotta meg a „lélegző MOF-ok” kifejezést is, amely leírja az MOF-ok azon képességét, hogy az általuk adszorbeált molekulák hatására – az emberi tüdőhöz hasonlóan – kitágulnak és összehúzódnak.

Fiatal végzős hallgatóként és leendő professzorként Yaghi azon tűnődött, miért korlátozódik az anyagkémia a „rázd és süsd” módszerre. Innen jött az ötlet, hogy a molekuláris blokkokat kirakós játékszerűen „összeillessze”, hogy a tervnek megfelelő kristályrácsot hozzon létre.

Ez a gondolkodásmód vált a „retikuláris kémia” alapjává, és ő alkotta meg az új anyag MOF nevét. Elméleti terveket is kidolgozott, és megalkotta a klasszikus MOF-5 anyagot, amely hatalmas felülettel és nagy stabilitással rendelkezik.

Álmatlan éjszakák a laborban, megrepedt kristályok és számtalan kudarc után Mr. Robson lerakta a MOF-ok alapjait. Mr. Kitagawa bemutatta a rugalmas porozitást, Mr. Yaghi pedig rendszerezte a módszereket és a nyelvet, hogy segítse a tudományos közösséget az alkalmazások további bővítésében a gyártás és az élet területén.

Bár három kontinensen külön-külön dolgoznak, a kémia e három óriása évtizedek óta kollégák és közeli barátok, kiegészítve egymás kutatási áttöréseit 1989 óta.

Olof Ramström, a Nobel Kémiai Bizottság tagja a felfedezésüket a Harry Potter-könyvekben szereplő „Hermione Granger varázstáskájához” hasonlította, amely kívülről kicsi, de elég nagy ahhoz, hogy egy egész világ elférjen benne.

A kutatás korai évei és évtizedei eredményezték a mai rangos Nobel-díjat. Az MOF története természetesen csak most kezdődik.

(a) MOF képződési folyamat; (b) Gáz vagy más anyagok adszorpciós folyamata MOF-ba - Adatok: SPRINGER; Adatok: TV

A laboratóriumból az életbe

A MOF-okat ma már széles körben használják a termelésben és a mindennapi életben. A Nobel-bizottság által említett felhasználási módokon túl ez az anyag képes a CO₂-kibocsátás tárolására is, hogy azokat hasznos szerves termékekké alakítsa, gyógyszereket szabadítson fel a szervezetben, katalizáljon kémiai reakciókat, sőt, az etilén megkötésével lassítsa a gyümölcsök érési folyamatát.

Ezek a példák azt mutatják, hogy a MOF-ok nemcsak "szép" porózus anyagok az alapkutatáshoz, hanem fontos technológiai platformok az energia, a környezetvédelem és a biomedicina számára, hozzájárulva az életminőség javításához.

Vietnámban számos egyetemi és tudományos intézeti kutatócsoport alkalmazta a MOF-okat katalízisben, gáztárolásban és gyógyszerkibocsátásban. Ez azt mutatja, hogy a hazai tudósok lépést tartanak a fejlett technológiai trendekkel.

A következő néhány évben a MOF-okat bevezetik a félipari folyamatokba, integrálva a vízgyűjtő berendezésekbe, a CO₂-leválasztásba, az adszorpciós oszlopokba és a finomszűrő membránokba.

A várakozások szerint a következő 5-10 évben igény szerint MOF-okat lehet tervezni a biztonságos hidrogéntárolás, a szelektív molekuláris szétválasztás, a rendkívül érzékeny környezetérzékelés és a zöld kémiai katalízis érdekében – csökkentve az energiaköltségeket, a kibocsátásokat és megnyitva a vázanyagok piacának új generációját.

A mesterséges intelligencia gyors fejlődésével nem lehetetlen, hogy a MI számos más területen is elősegíti majd a nagy alkalmazási értékű MOF-ok létrehozását.

Omar Yaghi professzor és az általa elért eredmény a VNU-HCM-en

Yaghi professzor 2010-ben ellátogatott a VNU-HCM kampuszára - Fotó: DPCC

A VNU-HCM megalakulásának és fejlődésének 30 éve alatt mindig értékes társaságot kapott számos nemzetközi szakértőtől és tudóstól – őszinte és elkötelezett barátoktól, akik nagyszerű tanulságokat hoztak a menedzsment, a kutatás és az innováció terén.

Különösen Omar M. Yaghi professzor (University of California, Berkeley - UCB), a fémorganikus vázak (MOF) világvezető tudósa hagyott mély nyomot a VNU-HCM-ben.

Szigorú, de inspiráló munkastílusával a professzor nemcsak számos konkrét eredmény elérésében segít, hanem hozzájárul az iskola tudatosságának és tudományos kutatási kultúrájának átalakításához is.

A VNU-HCM értékes tanulságokat vont le az együttműködési folyamatból: Fegyelem és szenvedély: A tudományos munka komolyságot, intenzív szenvedélyt és standard laboratóriumi fegyelmet igényel; Kiemelkedő minőség : Minden kutatásnak meg kell felelnie a nemzetközi szabványoknak, és csak a legrangosabb folyóiratokban kell megjelennie; Tehetség és bánásmód: A tudósokat vezető tanácsadóknak, megfelelő kutatási feltételeknek és a „piaci értékkel” arányos rendszernek kell támogatnia; Alkalmazhatóság: Annak ellenére, hogy alapkutatásról van szó, továbbra is a pályázási és finanszírozási lehetőségekre kell törekednie – amit maga Yaghi professzor is közvetlenül megtett a VNU-HCM-mel; Emberiség és szigorúság: Szigorú szakértelem, de mégis kedves, közeli és mindig kész megosztani.

2022-ben Omar M. Yaghi professzort VinFuture-díjjal tüntették ki, de ennél nagyobb jelentőséget tulajdonítanak az általa hátrahagyott értékeknek – a fiatal tudósgeneráció képzésétől kezdve a Kiválósági Központok (CoE) kiépítésén át a professzionális kutatás szellemének és a tudás iránti elkötelezettségnek a terjesztéséig.

Dr. PHAN THANH BINH docens (a VNU-HCM korábbi igazgatója)

Vissza a témához

Docens, Dr. Nguyen Thanh Vinh – Lyly Nguyen

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