Nobel z Chemii 2025 - za rozwój metalo-organicznych struktur szkieletowych

Laureaci stworzyli molekularne konstrukcje o dużych przestrzeniach, przez które mogą przepływać gazy i inne substancje chemiczne. Te konstrukcje, zwane metal-organic frameworks (MOF, metalo-organiczne struktury szkieletowe), mogą być wykorzystywane do pozyskiwania wody z pustynnego powietrza, wychwytywania , magazynowania toksycznych gazów lub katalizowania reakcji chemicznych.

Wspomniani badacze opracowali nową formę architektury molekularnej. W ich konstrukcjach jony metali pełnią funkcję kamieni węgielnych, które są łączone długimi organicznymi (opartymi na węglu) cząsteczkami. Razem jony metali i cząsteczki organizują się w kryształy zawierające duże puste przestrzenie. Poprzez zmianę użytych elementów budulcowych chemicy mogą projektować MOF-y tak, aby wychwytywały i magazynowały określone substancje. MOF-y mogą także napędzać reakcje chemiczne lub przewodzić prąd elektryczny.

- Metalo-organiczne struktury szkieletowe mają ogromny potencjał, otwierając wcześniej nieprzewidziane możliwości tworzenia materiałów na zamówienie o nowych funkcjach - mówi Heiner Linke, przewodniczący Komitetu Noblowskiego ds. Chemii.

Wszystko zaczęło się w 1989 roku, kiedy Richard Robson postanowił wykorzystać wewnętrzne właściwości atomów w nowy sposób. Połączył dodatnio naładowane jony miedzi z czteroramienną cząsteczką, która na końcu każdego ramienia miała grupę chemiczną przyciąganą przez jony miedzi.

Po połączeniu powstał dobrze uporządkowany, przestrzenny kryształ - jak diament wypełniony niezliczonymi pustkami.

Robson natychmiast dostrzegł potencjał swojej konstrukcji molekularnej, lecz była ona niestabilna i łatwo się zapadała. Jednak Susumu Kitagawa i Omar Yaghi nadali tej metodzie budowy solidne podstawy - w latach 1992-2003, niezależnie od siebie, dokonali serii przełomowych odkryć. Kitagawa wykazał, że gazy mogą przepływać przez te konstrukcje i przewidział, że MOF-y mogą być elastyczne. Yaghi stworzył bardzo stabilną strukturę MOF i pokazał, że można ją modyfikować, nadając jej nowe, pożądane właściwości.

Po przełomowych odkryciach laureatów chemicy zbudowali dziesiątki tysięcy różnych MOF-ów. Niektóre z nich mogą przyczynić się do rozwiązania największych problemów ludzkości, m.in. w takich zastosowaniach jak usuwanie z wody związków PFAS, rozkładanie śladowych ilości farmaceutyków w środowisku, wychwytywanie dwutlenku węgla czy pozyskiwanie wody z pustynnego powietrza.