Nobelprijs voor Scheikunde 2025: Van 'puzzelspeelgoed' tot materiaal van de eeuw

De Nobelprijs voor Scheikunde 2025 is toegekend aan drie wetenschappers die pioniers zijn geweest in de ontwikkeling van metaal-organische raamwerken (MOF's): revolutionaire poreuze materialen met een breed scala aan potentiële toepassingen, van het opvangen van water in woestijnen en het opslaan van CO₂ tot het toedienen van medicijnen aan het lichaam.

Een scherm toont de drie wetenschappers die de Nobelprijs voor Scheikunde 2025 hebben gewonnen tijdens de bekendmakingsceremonie bij de Koninklijke Zweedse Academie van Wetenschappen in Stockholm, op 8 oktober - Foto: REUTERS

Op 8 oktober ontvingen in Stockholm (Zweden) drie wetenschappers Susumu Kitagawa (74 jaar oud, Universiteit van Kyoto - Japan), Richard Robson (88 jaar oud, Universiteit van Melbourne - Australië) en Omar M. Yaghi (60 jaar oud, Universiteit van Californië - Berkeley, VS) de 117e Nobelprijs voor Scheikunde.

Hun prestaties vertellen een prachtig verhaal over intellectuele ambitie, doorzettingsvermogen en de kracht van grensoverschrijdende wetenschappelijke samenwerking.

Toepassing van multifunctioneel schuimmateriaal

Het winnende werk heet "Ontwikkeling van metaal-organische raamwerken" (MOF's). In deze structuur vormen metaalionen de basis, verbonden met lange organische moleculen die koolstofradicalen bevatten. Deze combinatie creëert kristallen met grote holtes – poreuze materialen met unieke eigenschappen.

Door de bouwstenen aan te passen, kunnen chemici MOF's ontwerpen die specifieke stoffen opvangen en opslaan, chemische reacties bevorderen of elektriciteit geleiden.

"Metaal-organische raamwerken hebben een enorm potentieel en bieden ongekende mogelijkheden voor het creëren van op maat gemaakte materialen met veel nieuwe functies", aldus Heiner Linke, voorzitter van het Nobelcomité voor Scheikunde, tijdens de prijsuitreiking.

Dankzij de baanbrekende ontdekkingen van drie wetenschappers hebben onderzoekers tienduizenden verschillende typen MOF's ontwikkeld, waardoor er talloze nieuwe mogelijkheden voor wetenschap en technologie zijn ontstaan.

Het verhaal begint in 1989, toen professor Richard Robson aan de Universiteit van Melbourne (Australië) een nieuwe manier probeerde te vinden om chemische structuren te creëren.

Hij combineerde positief geladen koperionen met een vierarmig molecuul met een chemische groep die koperionen aantrok aan de punt van elke arm. Het resultaat was een kristal met een ordelijke, open structuur, zoals een diamant met talloze holtes.

Robson en zijn collega's ontwikkelden vervolgens het "staaf-knoop"-principe om een ​​hol coördinatienetwerk te creëren, wat de weg vrijmaakte voor het ontwerpen van metaal-organische raamwerken in de gewenste vorm. De initiële structuren waren echter instabiel en vatbaar voor instorting, wat het grootste obstakel vormde in de beginfase.

Drie continenten in één doorbraak

Twee wetenschappers, Susumu Kitagawa en Omar Yaghi, gaven deze methode echter een solide basis. Tussen 1992 en 2003 deden ze een reeks revolutionaire ontdekkingen.

Aan de Universiteit van Kyoto (Japan) maakte professor Kitagawa in 1997 korte metten met de populaire opvatting dat holle organische kristallen zouden instorten als er niets binnenin zou zitten.

Hij toonde aan dat het mogelijk was om organische-metaalhybriden te creëren die zowel poreus als sterk waren, en dat gassen in en uit deze structuren konden stromen. Hij bedacht ook de term "ademende MOF's", waarmee hij het vermogen van MOF's beschreef om uit te zetten en samen te trekken als reactie op de moleculen die ze adsorberen, net als menselijke longen.

Als jonge student en toekomstig hoogleraar vroeg Yaghi zich af waarom materiaalkunde zich beperkte tot 'schudden en bakken'. Van daaruit kwam hij op het idee om moleculaire blokken als een legpuzzel aan elkaar te 'stikken' om een ​​kristalrooster te creëren volgens een ontwerp.

Deze gedachtegang vormde de basis voor de "reticulaire chemie", en hij was het die de naam MOF voor het nieuwe materiaal bedacht. Hij ontwikkelde ook theoretische ontwerpen en creëerde het klassieke materiaal MOF-5 met zijn enorme oppervlak en hoge stabiliteit.

Na slapeloze nachten in het lab, gebarsten kristallen en talloze mislukkingen legde dhr. Robson de basis voor MOF's. Dhr. Kitagawa demonstreerde flexibele porositeit, en dhr. Yaghi systematiseerde de methoden en taal om de wetenschappelijke gemeenschap te helpen toepassingen in de productie en het leven te blijven uitbreiden.

Hoewel ze op drie continenten onafhankelijk van elkaar werken, zijn deze drie chemiegiganten al tientallen jaren collega's en goede vrienden. Sinds 1989 vullen ze elkaar aan in hun onderzoeksdoorbraken.

Olof Ramström, lid van het Nobelcomité voor Scheikunde, vergeleek hun ontdekking met de "magische tas van Hermelien Griffel" uit de Harry Potter-boeken: klein van buiten, maar groot genoeg om een ​​hele wereld in te bewaren.

Die eerste jaren en decennia van onderzoek hebben vandaag de dag geleid tot de prestigieuze Nobelprijs. Het verhaal van MOF is natuurlijk nog maar net begonnen.

(a) MOF-vormingsproces; (b) Adsorptieproces van gas of andere stoffen in MOF - Gegevens: SPRINGER; Gegevens: TV

Van het laboratorium naar het leven

MOF's worden nu veel gebruikt in de productie en het dagelijks leven. Naast de toepassingen die het Nobelcomité noemt, kan dit materiaal ook CO₂-uitstoot opslaan en omzetten in nuttige organische producten, geneesmiddelen in het lichaam vrijgeven, chemische reacties katalyseren en zelfs het rijpingsproces van fruit vertragen door ethyleen vast te houden.

Deze voorbeelden laten zien dat MOF's niet alleen "mooie" poreuze materialen zijn voor fundamenteel onderzoek, maar ook belangrijke technologische platforms voor energie, milieu en biomedische wetenschap, die bijdragen aan de verbetering van de kwaliteit van leven.

In Vietnam hebben veel onderzoeksgroepen aan universiteiten en wetenschappelijke instituten MOF's toegepast in katalyse, gasopslag en medicijnafgifte. Dit toont aan dat binnenlandse wetenschappers op de hoogte blijven van geavanceerde technologische trends.

De komende jaren zullen MOF's worden geïntroduceerd in semi-industriële processen, geïntegreerd in apparatuur voor waterwinning, CO₂-afvang, adsorptiekolommen en fijnfiltratiemembranen.

Naar verwachting kunnen in de komende 5 tot 10 jaar MOF's op aanvraag worden ontworpen voor veilige waterstofopslag, selectieve moleculaire scheiding, uiterst gevoelige omgevingsdetectie en groene chemische katalyse. Dit leidt tot lagere energiekosten, minder emissies en een nieuwe generatie markten voor raamwerkmaterialen.

Met de snelle ontwikkeling van kunstmatige intelligentie is het niet onmogelijk dat AI de oprichting van MOF's met een hoge toepassingswaarde in veel andere vakgebieden zal bevorderen.

Professor Omar Yaghi en zijn cijfer bij VNU-HCM

Professor Yaghi bezocht de campus van VNU-HCM in 2010 - Foto: DPCC

Gedurende de afgelopen 30 jaar van oprichting en ontwikkeling heeft VNU-HCM altijd waardevol gezelschap gehad van vele internationale experts en wetenschappers – oprechte en toegewijde vrienden die ons waardevolle lessen hebben geleerd op het gebied van management, onderzoek en innovatie.

Met name professor Omar M. Yaghi (University of California, Berkeley - UCB), 's werelds meest vooraanstaande wetenschapper op het gebied van metaal-organische raamwerken (MOF's), heeft een diepe indruk achtergelaten bij VNU-HCM.

Met een strenge maar inspirerende werkwijze draagt ​​de hoogleraar niet alleen bij aan het behalen van concrete resultaten, maar draagt ​​hij ook bij aan het hervormen van het bewustzijn en de wetenschappelijke onderzoekscultuur binnen de school.

VNU-HCM heeft waardevolle lessen getrokken uit het samenwerkingsproces: Discipline en passie: Wetenschappelijk werk vereist ernst, intense passie en standaard laboratoriumdiscipline; Uitstekende kwaliteit : Al het onderzoek moet voldoen aan internationale normen en alleen worden gepubliceerd in de meest prestigieuze tijdschriften; Talent en behandeling: Wetenschappers moeten worden ondersteund door toonaangevende adviseurs, adequate onderzoeksomstandigheden en een regime dat overeenkomt met de "marktwaarde"; Toepasbaarheid: Ook al gaat het om fundamenteel onderzoek, het moet nog steeds gericht zijn op het kunnen aanvragen en aantrekken van financiering - iets wat professor Yaghi zelf rechtstreeks met VNU-HCM heeft gedaan; Menselijkheid en nauwkeurigheid: Strikt in expertise, maar toch vriendelijk, dichtbij en altijd bereid om te delen.

In 2022 werd professor Omar M. Yaghi onderscheiden met de VinFuture-prijs, maar des te belangrijker zijn de waarden die hij heeft nagelaten: van het opleiden van de jonge generatie wetenschappers en het opzetten van Centers of Excellence (CoE) tot het verspreiden van de geest van professioneel onderzoek en toewijding aan kennis.

Universitair hoofddocent, Dr. PHAN THANH BINH (voormalig directeur van VNU-HCM)

Terug naar het onderwerp

Universitair hoofddocent, dr. Nguyen Thanh Vinh - Lyly Nguyen

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