کھوکھلا مواد - سائنس دانوں کو کیمسٹری میں 2025 کا نوبل انعام جیتنے میں مدد کرنے کی کلید

(ڈین ٹری) - کیمسٹری میں 2025 کے نوبل انعام نے ابھی صرف تین سائنس دانوں کو اعزاز بخشا ہے جنہوں نے دھاتی-نامیاتی فریم ورک ایجاد کیا، جس نے مالیکیولر سطح پر مادے کو ذخیرہ کرنے، الگ کرنے اور عمل کرنے کے لیے ٹیکنالوجی کے لیے ایک نئے دور کا آغاز کیا۔

8 اکتوبر کی سہ پہر، رائل سویڈش اکیڈمی آف سائنسز نے اعلان کیا کہ کیمسٹری میں 2025 کا نوبل انعام تین سائنس دانوں، سوسومو کیتاگاوا، رچرڈ رابسن اور عمر ایم یاگی کو دیا گیا، جو دھاتی نامیاتی فریم ورکس (MOFs) کی ترقی میں ان کی اہم شراکت کے لیے ہیں۔

کیمسٹری میں 2025 کا نوبل انعام جیتنے والے تین سائنسدانوں کے پورٹریٹ۔

نوبل اسمبلی کے مطابق، یہ مواد سائنس کی مکمل طور پر نئی زبان کی تشکیل کے لیے ایک اہم موڑ ہے۔ دھاتیں اور نامیاتی مرکبات پیچیدہ طور پر جڑے ہوئے غیر محفوظ نیٹ ورکس بنانے کے قابل ہیں جو مالیکیولز کو ذخیرہ کرنے، الگ کرنے اور تبدیل کرنے کے قابل ہیں - ایک سمت جسے جدید توانائی، ماحولیاتی اور کیمیائی ٹیکنالوجی میں انقلابی سمجھا جاتا ہے۔

دھات اور نامیاتی کا جادوئی امتزاج

دھاتی-نامیاتی فریم ورک کرسٹل لائن ڈھانچے ہیں جو دھاتی آئنوں یا دھاتی کلسٹرز سے بنے ہیں جو ایک ترتیب شدہ، دہرائے جانے والے ڈھانچے میں، تین جہتی نیٹ ورک کی تشکیل میں نامیاتی لنکرز سے منسلک ہوتے ہیں۔

دھاتی نوڈس اور بانڈنگ مالیکیولز کے درمیان کی جگہ میں، بڑی خالی جگہیں ہیں، جو اس مواد کو انتہائی غیر محفوظ بناتی ہیں۔ روایتی ٹھوس مواد کے برعکس، دھاتی نامیاتی فریم ورک کی سطح کا رقبہ ہزاروں مربع میٹر فی گرام تک پہنچ سکتا ہے۔

دھاتی نامیاتی فریم ورک کے اندر کھوکھلی ساخت (تصویر: MOF ٹیکنالوجیز)۔

2017 میں کیمسٹری ورلڈ میگزین سے بات کرتے ہوئے، پروفیسر عمر یاغی نے کہا کہ کچھ MOFs کی porosity 10,000 m2/gram تک پہنچ سکتی ہے (دوسرے غیر محفوظ مواد سے 10 گنا بڑا)، MOF کا ایک گرام اندرونی سطح کا رقبہ تقریباً دو امریکی فٹ بال فیلڈز کے برابر رکھتا ہے۔ یہ وہ خصوصیت ہے جو MOFs کو ایک کنٹرول شدہ طریقے سے مالیکیولز کو جذب کرنے، ذخیرہ کرنے یا الگ کرنے کی صلاحیت دیتی ہے، جو دوسرے غیر محفوظ مواد جیسے زیولائٹ یا سلیکا سے بہت زیادہ ہے۔

نوبل کمیٹی کے مطابق، یہ "فطرت میں بے مثال پوروسیٹی والے مواد ہیں، پھر بھی اپنے کرسٹل لائن ڈھانچے کے استحکام اور پائیداری کو برقرار رکھتے ہیں۔" دھاتوں کی پائیداری کے ساتھ نامیاتی مرکبات کی لچک کو یکجا کرنے کی صلاحیت کی بدولت، دھاتی نامیاتی فریم ورک 21ویں صدی کی کیمسٹری کی سب سے اہم ایجادات میں سے ایک بن گئے ہیں۔

خیال سے سائنسی انقلاب تک

دھاتی نامیاتی فریم ورک کی ترقی تین دہائیوں سے زیادہ پر محیط ایک کہانی ہے، جس کا آغاز 1980 کی دہائی کے آخر میں میلبورن یونیورسٹی (آسٹریلیا) میں رچرڈ رابسن کے پہلے تجربات سے ہوا۔

اس نے پہلے دھاتی-نامیاتی فریم ورک کی تعمیر کا آغاز کیا، اس بات کا احساس کرتے ہوئے کہ دھاتی آئنوں کو نامیاتی مالیکیولز سے جوڑنے سے کرسٹل لائن ڈھانچے بن سکتے ہیں جو ایک، دو یا تین جہتوں میں پھیلے ہوئے ہیں۔ تاہم، یہ ابتدائی مواد اکثر غیر مستحکم ہوتے تھے اور سالوینٹس یا اعلی درجہ حرارت کے سامنے آنے پر منہدم ہو جاتے تھے۔

دھاتی آئنوں اور نامیاتی مالیکیولز کو احتیاط سے ملا کر دھاتی ٹیٹراہیڈرل فریم ورک کی طرح ایک ڈھانچہ بنایا جاتا ہے (تصویر: رائل سویڈش اکیڈمی آف سائنسز)۔

1990 کی دہائی کے وسط تک، سوسومو کیتاگاوا نے، اس وقت کیوٹو یونیورسٹی میں، یہ ظاہر کر دیا تھا کہ گیس اس کے بنائے ہوئے دھاتی نامیاتی کرسٹل فریم ورک کے اندر گھس سکتی ہے اور منتقل ہو سکتی ہے۔ یہ ایک اہم پیش رفت تھی، جس نے پہلی بار یہ ظاہر کیا کہ ٹھوس مواد متحرک طور پر اپنے گردونواح کے ساتھ تعامل کر سکتا ہے۔

اس عرصے کے دوران، عمر ایم یاگی، ایک نوجوان امریکی کیمیا دان، نے ترکیب کا ایک طریقہ تیار کیا جس نے مستحکم، تھرمل طور پر مستحکم دھاتی-نامیاتی فریم ورک کو بالکل واضح ڈھانچے کے ساتھ تیار کیا۔ اس نے "ریٹیکولر کیمسٹری" کے تصور کی بنیاد رکھی - ایک ایسا نقطہ نظر جو مالیکیولر بلڈنگ بلاکس کو جان بوجھ کر جوڑنے کی اجازت دیتا ہے کہ وہ پہلے سے طے شدہ خصوصیات کے ساتھ کرسٹل لائنوں کو تشکیل دے سکے۔

ایک مستحکم مواد کی ساخت، MOF-5 - Yaghi کی طرف سے تخلیق کیا گیا ہے - کیوبک خالی جگہیں ہیں (تصویر: رائل سویڈش اکیڈمی آف سائنسز)۔

تین سائنسدانوں کے تعاون کی بدولت، تحقیق کا یہ نیا شعبہ جدید مادّی کیمسٹری میں ایک آزاد سمت میں تیار ہوا ہے، جس میں دسیوں ہزار دھاتی-نامیاتی فریم ورک ڈھانچے کی ترکیب اور بہت سے ہائی ٹیک شعبوں میں لاگو کیا گیا ہے۔

صدی کی ایجاد کی توسیعی ایپلی کیشنز

تحقیق سے پتہ چلتا ہے کہ، ان کی "غیر محفوظ لیکن مضبوط" خصوصیات کی بدولت، دھاتی نامیاتی فریم ورک بہت سے کردار ادا کر سکتے ہیں جو پہلے ٹھوس مواد کے لیے ناممکن تھے۔

نوبل کمیٹی کی پریس ریلیز میں کہا گیا ہے کہ دھاتی نامیاتی فریم ورک کو CO₂ کو ان کے غیر محفوظ ڈھانچے میں جذب کرنے اور ذخیرہ کرنے کے لیے استعمال کیا جا سکتا ہے، جس سے گرین ہاؤس گیسوں کے اخراج کو کم کرنے میں مدد ملتی ہے۔ کچھ دھاتی نامیاتی فریم ورک خشک، صحرائی ہوا سے پانی کے بخارات حاصل کر سکتے ہیں، ہوا میں صرف قدرتی نمی کا استعمال کرتے ہوئے، شمسی توانائی کو صاف پانی میں تبدیل کر سکتے ہیں۔ پانی کی کمی والے علاقوں کے لیے یہ خاص طور پر مفید ٹیکنالوجی سمجھی جاتی ہے۔

ان کے اعلی سطحی رقبہ اور انتخابی صلاحیت کی بدولت، MOFs کا استعمال غیر مستحکم نامیاتی مرکبات کو فلٹر کرنے، گندے پانی سے بھاری دھاتیں یا زہریلے کیمیکلز کو نکالنے اور ہیلیم یا ہائیڈروجن جیسی عظیم گیسوں کو الگ کرنے کے لیے بھی کیا جاتا ہے۔ سائنسدان اب توانائی کے ذخیرہ کرنے کے لیے دھاتی نامیاتی فریم ورک کی تلاش کر رہے ہیں، خاص طور پر ہائیڈروجن اور میتھین - دو ممکنہ صاف ایندھن۔

یاگی ریسرچ لیب کے ممبران (تصویر: یونیورسٹی آف کیلیفورنیا، برکلے)۔

یہ بات قابل غور ہے کہ پروفیسر عمر یاغی نے 2021 میں ون فیوچر پرائز بھی جیتا تھا، "ابھرتے ہوئے میدان میں شاندار کامیابیوں کے ساتھ اختراعی" (نئے شعبوں پر تحقیق کرنے والے سائنسدان) کے زمرے میں۔

MOFs پر تحقیق کو ویتنام کے لیے ایک ممکنہ ترقی کی سمت بھی سمجھا جاتا ہے، کیونکہ یہ ملک سبز تبدیلی کو فروغ دے رہا ہے اور توانائی، ماحولیاتی اور بایومیڈیکل صنعتوں کے لیے جدید مواد تیار کر رہا ہے۔

VinFuture InnovaConnect جیسے پروگراموں کے ذریعے، ویتنامی سائنسدانوں کو بین الاقوامی ریسرچ کمیونٹی کے ساتھ براہ راست جڑنے کا موقع ملتا ہے، ابھرتے ہوئے شعبوں جیسے MOFs، اگلی نسل کی بیٹریاں یا کاربن کیپچر میں تعاون کو وسعت دیتے ہیں۔

پروفیسر عمر یاغی پہلی ون فیوچر پرائز ایوارڈ تقریب میں۔

2025 کے نوبل انعام کے اعلان کے دوران، نوبل کمیٹی برائے کیمسٹری کے چیئرمین پروفیسر ہینر لنکے نے کہا:

"میٹل آرگینک فریم ورک میں بہت زیادہ صلاحیت ہے، نئے مقاصد کے لیے اپنی مرضی کے مطابق خصوصیات کے ساتھ انجنیئر مواد بنانے کے بے مثال مواقع کھولتے ہیں۔"

یہ مواد عالمی چیلنجوں جیسے کہ فضائی آلودگی، موسمیاتی تبدیلی، صاف پانی کی کمی، اور قابل تجدید توانائی ذخیرہ کرنے میں مدد کرنے کا وعدہ کرتا ہے – 21ویں صدی میں انسانیت کو درپیش مسائل۔

کیمسٹری 2025 کے نوبل انعام کا پیغام

کیمسٹری میں 2025 کا نوبل انعام نہ صرف تین ممتاز سائنس دانوں کو اعزاز دیتا ہے، بلکہ ایک گہرا پیغام بھی دیتا ہے، مادی سائنس میں سوچنے کا ایک نیا طریقہ: "خالی" اب صرف ایک بے معنی خلا نہیں ہے، بلکہ صلاحیت سے بھرپور ہے۔

سائنسی نقطہ نظر سے، دھاتی نامیاتی فریم ورک کی ایجاد مادی دریافت سے نئے مواد کی تخلیق میں تبدیلی کی نمائندگی کرتی ہے۔ انسان اب مکمل طور پر فطرت پر منحصر نہیں ہیں، لیکن کسی خاص مقصد کے لیے ڈھانچے اور افعال کے ساتھ نئے مواد کو ڈیزائن کر سکتے ہیں۔

دھاتی-نامیاتی فریم ورک کا اثر موجودہ ایپلی کیشنز پر نہیں رکتا، بلکہ مواد کی ایک نئی نسل کی ترقی کی راہ بھی ہموار کرتا ہے، جیسے: Covalent Organic Frameworks (COFs) اور Zeolitic Imidazolate Frameworks (ZIFs) - مستقبل میں اسی طرح کی، یا اس سے بھی بہتر، صلاحیتوں کے ساتھ۔

MOF ڈھانچے کی بہت سی دوسری اقسام کی ترکیب کی گئی ہے، ہر ایک اپنے اپنے کام انجام دے رہا ہے (تصویر: رائل سویڈش اکیڈمی آف سائنسز)۔

چھوٹی لیبز سے جہاں پہلے کرسٹل اگائے گئے تھے، ایسے مادی نظاموں کے وژن تک جو زہریلی گیسوں کو فلٹر کر سکتے ہیں، ہوا سے "پانی نچوڑ" سکتے ہیں، اور توانائی کو ذخیرہ کر سکتے ہیں، دھاتی نامیاتی فریم ورک تیار کرنے کا سفر جدید سائنس کی روح کی مثال دیتا ہے: اختراع، بین الضابطہ تعاون، اور پائیدار قدر کے لیے ایک مہم۔

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