جایزه نوبل شیمی ۲۰۲۵ به توسعه‌دهندگان معماری مولکولی نوین اهدا شد

جایزه نوبل شیمی سال ۲۰۲۵ به «سوسومو کیتاگاوا» (Susumu Kitagawa) از ژاپن، «ریچارد رابسون» (Richard Robson) از بریتانیا و «عمر یاغی» (Omar M. Yaghi) از اردن اهدا شد. این دانشمندان یک معماری مولکولی کاملاً جدید به نام «چارچوب‌های فلزی-آلی» (MOFs) توسعه داده‌اند؛ با این ساختارهای اسفنجی و کریستالی می‌توان «اتاق‌هایی» در مقیاس مولکولی ایجاد کرد که پتانسیل حل برخی از بزرگ‌ترین مسائل بشریت مانند برداشت آب از هوای بیابان و جذب کربن دی‌اکسید را دارند.

چارچوب‌های فلزی-آلی یا MOFها نوع جدیدی از مواد هستند که از دو بخش اصلی ساخته شده‌اند: یون‌های فلزی که مانند گوشه‌های یک ساختمان عمل می‌کنند و مولکول‌های آلی (مبتنی‌بر کربن) که مانند تیرچه‌های بلند، این گوشه‌ها را به هم متصل می‌کنند.

این ترکیب یک ساختار سه‌بعدی، منظم و کریستالی می‌سازد که پر از حفره‌ها و فضاهای خالی است. این حفره‌ها مانند اتاق‌ها یا آپارتمان‌های خالی در مقیاس مولکولی هستند که می‌توانند مولکول‌های خاصی مانند گازها یا مایعات را در خود جای دهند، و ذخیره یا آزاد کنند. نکته مهم این است که شیمیدانان می‌توانند با تغییر بلوک‌های سازنده، این «آپارتمان‌ها» را برای پذیرش مهمانان مولکولی خاصی طراحی کنند.

معرفی برندگان نوبل شیمی ۲۰۲۵

به گزارش وب‌سایت کمیته جایزه نوبل، این کشف بزرگ حاصل کار سه دهه و تلاش‌های مستقل سه دانشمند بود که هر کدام قطعه‌ای مهم از این پازل را تکمیل کردند.

داستان در سال ۱۹۸۹ با ریچارد رابسون در دانشگاه ملبورن استرالیا آغاز شد. او برای اولین‌بار ایده استفاده از خواص ذاتی اتم‌ها برای اتصال مولکول‌ها به یکدیگر و ساخت یک شبکه منظم و جادار را مطرح کرد. اگرچه ساخته‌های اولیه او ناپایدار بودند، اما یک ایده کاملاً جدید را در شیمی مطرح کرد.

در دهه ۱۹۹۰، سوسومو کیتاگاوا در ژاپن این ایده را یک گام بزرگ به جلو برد. او در سال ۱۹۹۷ موفق به ساخت MOFهای سه‌بعدی و پایداری شد که دارای کانال‌های باز بودند و می‌توانستند گازها را بدون فروریختن ساختارشان، جذب و آزاد کنند. او همچنین برای اولین‌بار، پتانسیل ساخت MOFهای انعطاف‌پذیر را پیش‌بینی کرد.

در نهایت، عمر یاغی در دانشگاه کالیفرنیا با کارهای مهم خود این حوزه را به بلوغ رساند. او در سال ۱۹۹۵ برای اولین‌بار اصطلاح «چارچوب فلزی-آلی» را ابداع کرد و در سال ۱۹۹۹ ماده MOF-5 را ساخت؛ یک ماده که فوق‌العاده پایدار و به‌طرز شگفت‌انگیزی جادار بود. فقط چند گرم از MOF-5 سطحی داخلی به اندازه یک زمین فوتبال دارد. یاغی همچنین نشان داد که می‌توان با طراحی منطقی، خانواده‌های کاملی از MOFها را با ویژگی‌های دلخواه مهندسی کرد.

پتانسیل MOFها تقریباً نامحدود است. از زمان کشف آن‌ها ده‌ها هزار نوع مختلف از این مواد ساخته شده که هر کدام برای یک کاربرد خاص طراحی شده‌اند. برای مثال گروه تحقیقاتی عمر یاغی موفق شده‌اند با استفاده از یک MOF، در طول شب رطوبت هوای بیابان را جذب و در روز با تابش خورشید آن را به صورت آب آشامیدنی خالص آزاد کنند.

همچنین برخی MOFها ظرفیت فوق‌العاده‌ای برای جذب CO₂ دارند و درحال‌حاضر در کارخانه‌ها برای کاهش انتشار گازهای گلخانه‌ای درحال آزمایش هستند. از این مواد می‌توان برای ذخیره‌سازی ایمن گازهای خطرناک یا گازهای پاک مانند هیدروژن برای استفاده در خودروها نیز استفاده کرد. برخی MOFها نیز می‌توانند آلاینده‌های سرسختی مانند PFAS را از آب جدا یا بقایای آنتی‌بیوتیک‌ها را در محیط زیست تجزیه کنند.

در روزهای گذشته برندگان نوبل پزشکی و نوبل فیزیک ۲۰۲۵ نیز معرفی شدند.