Nagroda Nobla w dziedzinie chemii 2025: Od „zabawki logicznej” do materiału stulecia

Nagrodę Nobla w dziedzinie chemii za rok 2025 przyznano trzem naukowcom, którzy byli pionierami w rozwoju metaloorganicznych struktur szkieletowych (MOF) – rewolucyjnych materiałów porowatych o szerokim potencjale zastosowań, od wychwytywania wody na pustyniach, przez magazynowanie CO₂, po dostarczanie leków do organizmu.

Na ekranie wyświetlają się sylwetki trzech naukowców , którzy otrzymali Nagrodę Nobla w dziedzinie chemii w 2025 roku, podczas ceremonii ogłoszenia w Królewskiej Szwedzkiej Akademii Nauk w Sztokholmie, 8 października – zdjęcie: REUTERS

8 października w Sztokholmie (Szwecja) trzej naukowcy: Susumu Kitagawa (74 lata, Uniwersytet w Kioto – Japonia), Richard Robson (88 lat, Uniwersytet w Melbourne – Australia) i Omar M. Yaghi (60 lat, Uniwersytet Kalifornijski w Berkeley, USA) odebrali 117. Nagrodę Nobla w dziedzinie chemii.

Ich osiągnięcia stanowią piękną opowieść o ambicjach intelektualnych, wytrwałości w badaniach i sile międzynarodowej współpracy naukowej.

Zastosowanie pianki wielofunkcyjnej

Zwycięska praca nosi tytuł „Rozwój metaloorganicznych struktur szkieletowych” (MOF). W tej strukturze jony metali pełnią rolę fundamentu, połączone z długimi cząsteczkami organicznymi zawierającymi rodniki węglowe. To połączenie tworzy kryształy z dużymi otworami – materiały porowate o unikalnych właściwościach.

Modyfikując elementy składowe, chemicy mogą zaprojektować materiały typu MOF w taki sposób, aby wychwytywały i przechowywały określone substancje, wspomagały reakcje chemiczne lub przewodziły prąd elektryczny.

„Struktury metalo-organiczne mają ogromny potencjał, otwierając bezprecedensowe możliwości tworzenia niestandardowych materiałów o wielu nowych funkcjach” – powiedział Heiner Linke, przewodniczący Komitetu Noblowskiego w dziedzinie chemii, podczas ceremonii wręczenia nagród.

Na podstawie pionierskich odkryć trójki naukowców badacze opracowali dziesiątki tysięcy różnych typów MOF-ów, otwierając niezliczone kierunki dla nauki i technologii.

Historia zaczyna się w 1989 roku, kiedy profesor Richard Robson z Uniwersytetu w Melbourne (Australia) próbował wykorzystać nową metodę tworzenia struktur chemicznych.

Połączył dodatnio naładowane jony miedzi z czteroramienną cząsteczką, która miała grupę chemiczną przyciągającą jony miedzi na końcu każdego ramienia. W rezultacie powstał kryształ o uporządkowanej, otwartej strukturze, przypominającej diament z niezliczonymi wnękami.

Robson i jego współpracownicy opracowali następnie zasadę „węzła prętowego”, aby stworzyć pustą sieć koordynacyjną, torując drogę do projektowania metaloorganicznych struktur o pożądanym kształcie. Jednak początkowe struktury były niestabilne i podatne na zawalenie, co stanowiło największą przeszkodę na początkowym etapie.

Trzy kontynenty w jednym przełomie

Jednak dwaj naukowcy, Susumu Kitagawa i Omar Yaghi, stworzyli solidne podstawy dla tej metody. W latach 1992-2003 dokonali szeregu rewolucyjnych odkryć.

Na Uniwersytecie w Kioto (Japonia) profesor Kitagawa obalił popularny przed 1997 r. pogląd, że puste kryształy organiczne zapadną się, jeśli w środku nie będzie niczego.

Wykazał, że możliwe jest tworzenie hybryd organiczno-metalowych, które byłyby jednocześnie porowate i wytrzymałe, oraz że gazy mogłyby przepływać przez te struktury. Ukuł również termin „oddychające MOF-y”, opisując zdolność MOF-ów do rozszerzania się i kurczenia w odpowiedzi na adsorbowane cząsteczki, podobnie jak ludzkie płuca.

Jako młody student i przyszły profesor, Yaghi zastanawiał się, dlaczego chemia materiałowa ogranicza się do metody „wstrząśnij i upiecz”. W ten sposób wpadł na pomysł „zszywania” bloków molekularnych niczym puzzli, aby stworzyć sieć krystaliczną zgodną z projektem.

To myślenie stało się podstawą „chemii siateczkowej” i to on wymyślił nazwę MOF dla nowego materiału. Opracował również projekty teoretyczne i stworzył klasyczny materiał MOF-5 o ogromnej powierzchni i wysokiej stabilności.

Po nieprzespanych nocach w laboratorium, pękniętych kryształach i niezliczonych porażkach, pan Robson położył podwaliny pod MOF-y. Pan Kitagawa zademonstrował elastyczną porowatość, a pan Yaghi usystematyzował metody i język, aby pomóc społeczności naukowej w dalszym rozszerzaniu zastosowań w produkcji i życiu.

Choć ci trzej giganci chemii pracują niezależnie na trzech kontynentach, pozostają kolegami i bliskimi przyjaciółmi od dziesięcioleci, uzupełniając się wzajemnie w swoich przełomowych badaniach naukowych od 1989 roku.

Członek Komitetu Noblowskiego w dziedzinie chemii, Olof Ramström, porównał ich odkrycie do „magicznej torby Hermiony Granger” z książek o Harrym Potterze – małej na zewnątrz, ale wystarczająco dużej, by pomieścić w środku cały świat .

Te wczesne lata i dekady badań zaowocowały dziś prestiżową Nagrodą Nobla. Historia MOF oczywiście dopiero się zaczyna.

(a) Proces formowania MOF; (b) Proces adsorpcji gazu lub innych substancji w MOF – dane: SPRINGER; dane: TV

Z laboratorium do życia

Materiały MOF są obecnie szeroko stosowane w produkcji i życiu codziennym. Oprócz zastosowań wymienionych przez Komitet Noblowski, materiał ten może również magazynować emisje CO₂ i przekształcać je w użyteczne produkty organiczne, uwalniać leki do organizmu, katalizować reakcje chemiczne, a nawet spowalniać proces dojrzewania owoców poprzez wychwytywanie etylenu.

Te przykłady pokazują, że MOF-y to nie tylko „przyjemne” materiały porowate do badań podstawowych, ale także ważne platformy technologiczne dla energetyki, ochrony środowiska i biomedycyny, przyczyniające się do poprawy jakości życia.

W Wietnamie wiele grup badawczych na uniwersytetach i w instytutach naukowych zastosowało MOF-y w katalizie, magazynowaniu gazów i uwalnianiu leków. To pokazuje, że krajowi naukowcy nadążają za zaawansowanymi trendami technologicznymi.

W ciągu najbliższych kilku lat MOF-y zostaną wprowadzone do procesów półprzemysłowych, zintegrowane ze sprzętem do zbierania wody, wychwytywania CO₂, kolumnami adsorpcyjnymi i membranami do dokładnej filtracji.

Oczekuje się, że w ciągu najbliższych 5–10 lat możliwe będzie projektowanie materiałów MOF na żądanie w celu bezpiecznego magazynowania wodoru, selektywnej separacji molekularnej, niezwykle czułego pomiaru warunków środowiskowych i zielonej katalizy chemicznej – co pozwoli na redukcję kosztów energii, ograniczenie emisji i otworzy nowe generacje rynków materiałów szkieletowych.

Biorąc pod uwagę szybki rozwój sztucznej inteligencji, nie jest wykluczone, że AI będzie wspierać tworzenie MOF-ów o dużej wartości użytkowej w wielu innych dziedzinach.

Profesor Omar Yaghi i jego ocena na VNU-HCM

Profesor Yaghi odwiedził kampus VNU-HCM w 2010 roku – zdjęcie: DPCC

Przez 30 lat istnienia i rozwoju VNU-HCM zawsze mogliśmy liczyć na cenne towarzystwo licznych międzynarodowych ekspertów i naukowców – szczerych i oddanych przyjaciół, którzy dzielili się cennymi doświadczeniami w zakresie zarządzania, badań naukowych i innowacji.

W szczególności profesor Omar M. Yaghi (Uniwersytet Kalifornijski w Berkeley - UCB), wiodący na świecie naukowiec zajmujący się szkieletami metaloorganicznymi (MOF), pozostawił po sobie głęboki ślad w VNU-HCM.

Dzięki surowemu, ale inspirującemu stylowi pracy Profesor nie tylko pomaga osiągnąć wiele konkretnych rezultatów, ale także przyczynia się do kształtowania świadomości i kultury badań naukowych w szkole.

W ramach procesu współpracy VNU-HCM wyciągnął cenne wnioski: Dyscyplina i pasja: Praca naukowa wymaga powagi, ogromnej pasji i standardowej dyscypliny laboratoryjnej; Wyjątkowa jakość : Wszystkie badania muszą spełniać międzynarodowe standardy i być publikowane wyłącznie w najbardziej prestiżowych czasopismach; Talent i traktowanie: Naukowcy muszą mieć wsparcie wiodących doradców, odpowiednie warunki prowadzenia badań i system adekwatny do „wartości rynkowej”; Stosowalność: Mimo że są to badania podstawowe, muszą one nadal mieć na celu możliwość ubiegania się o finansowanie i jego pozyskiwania — coś, co sam profesor Yaghi bezpośrednio zrobił z VNU-HCM; Humanitaryzm i rygor: Surowi w swojej wiedzy, ale jednocześnie życzliwi, bliscy i zawsze gotowi do dzielenia się.

W 2022 roku profesor Omar M. Yaghi został uhonorowany nagrodą VinFuture, ale jeszcze większe znaczenie mają wartości, które po sobie pozostawił – od kształcenia młodego pokolenia naukowców, przez budowę Centrów Doskonałości (CoE), po szerzenie ducha profesjonalnych badań naukowych i oddania wiedzy.

Docent, dr PHAN THANH BINH (były dyrektor VNU-HCM)

Powrót do tematu

Profesor nadzwyczajny, dr Nguyen Thanh Vinh – Lyly Nguyen

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