Nobelova nagrada za hemiju 2025. dodijeljena je trojici naučnika koji su doslovno promijenili način na koji gradimo materijale – Susumuu Kitagawi, Richardu Robsonu i Omaru Yaghiju. Njihovo otkriće otvorilo je vrata potpuno novoj oblasti hemije materijala, hemiji metalo-organskih mreža, MOF, s ogromnim potencijalom za zaštitu okoliša, energetiku i tehnologiju budućnosti.
Šta su MOF-ovi?
Ako pogledate gornju simpatičnu ulustraciju od NobelPrize, nećete možda povezati o čemu se radi. Ali ovogodišnji dobitnici Nobelove nagrade za hemiju su doslovno napravili strukture koje u sebi imaju nove prostore – za druge molekule. Porozni materijali koji se mogu dizajnirati mogu u te prostore uglaviti druge molekule, i pružiti im neki novi dom.
Dobitnici su razvili metal-organske mreže (MOF – metal-organic frameworks) – kristalne strukture koje imaju velike, pravilno raspoređene šupljine. Metal i organsko jedinjenje se u otopini udružuju po određenim shemama koje tvore porozne mreže i strukture. U tim mikroskopskim prostorima mogu se zarobiti gasovi, voda ili druge hemijske supstance, kao u spužvi na molekularnom nivou. Ovo otkriće spada u polje istraživanja koje se zove koordinacijska hemija.
MOF-ovi su izgrađeni od metalnih jona, koji djeluju kao „uglovni stubovi“, povezanih s dugim organskim molekulama koje ih povezuju u prostornu mrežu. Promjenom ovih gradivnih blokova naučnici mogu dizajnirati materijale po mjeri – tako da hvataju ugljen-dioksid, prečišćavaju zrak ili čak provode električnu struju.
„Metal-organske mreže imaju ogroman potencijal i nude nove mogućnosti za stvaranje materijala s potpuno novim funkcijama”, rekao je Heiner Linke, predsjedavajući Nobelovog komiteta za hemiju.
Ilustracija MOF poroznog materijala, izvor nobelprize.org
Kako je sve počelo
Priča počinje 1989. godine, kada je Richard Robson eksperimentisao s bakarnim jonima i složenim molekulama koje ih privlače. Rezultat je bio kristal s pravilnim, prostranim šupljinama – poput dijamanta punog sitnih rupa. Međutim, struktura nije bila stabilna i lako se urušavala.
Tu na scenu stupaju Susumu Kitagawa i Omar Yaghi, koji su tokom 1990-ih i ranih 2000-ih uspjeli dati tim strukturama čvrstinu i funkcionalnost.
Kitagawa je pokazao da gasovi mogu slobodno prolaziti kroz njih i predvidio njihovu fleksibilnost, dok je Yaghi razvio stabilan MOF koji se može precizno prilagođavati – stvarajući temelje za pravu revoluciju u dizajnu materijala.
Od laboratorije do rješenja globalnih izazova
Od tada su naučnici širom svijeta napravili na desetine hiljada različitih MOF-ova. Neki se mogu korstiti za hvatanje ugljen-dioksida (carbon capture) i smanjenje emisija, ili za filtriranje „vječnih hemikalija“ (forever chemicals, PFAS) iz vode. Mogu se koristiti i za razgradnja ostataka lijekova u okolišu, pa čak i prikupljanje vode iz pustinjskog zraka. Sve je to omogućeno njihovom velikom površinom apsorbcije.
Izvor: nobelprize.org
MOF veličine kockice šećera može imati površinu fudbalskog igrališta, rekli su iz Komiteta za dodjelu Nobelove nagrade u objašnjenju otkrića.
To znači da, iako su ovi materijali lagani i mali naizgled, njihova unutrašnja struktura krije ogromne prostore u koje mogu stati molekuli različitih gasova, poput ugljen-dioksida, metana ili vodene pare. Upravo ta ogromna površina po zapremini daje MOF-ovima jedinstvena svojstva: oni mogu apsorbovati, skladištiti i oslobađati hemikalije precizno i efikasno, što bi moglo biti korisno za isporuku aktivnih tvari u lijekovima u organizam.
Zahvaljujući njihovim otkrićima, ideja da materijal može „udisati“ i „izdisati“ hemikalije više nije naučna fantastika, nego stvarnost koja bi mogla pomoći u borbi protiv klimatskih promjena i nedostatka pitke vode.
Susumu Kitagawa je rođen 1951. godine u Kyotu, Japan, a doktorirao je na Univerzitetu u Kyotu. Danas je profesor na Univerzitetu u Kyotu. Richard Robson je rođen 1937. godine u Glusburnu, Ujedinjeno Kraljevstvo. Doktorirao 1962. na Univerzitetu Oksford, a profesor je na Univerzitetu u Melburnu. Omar M. Yaghi je rođen 1965. godine u Amanu, Jordan. Doktorirao je 1990. na Univerzitetu Ilinois u Urbani, a danas je profesor na Univerzitetu Kalifornija u Berkliju.
Oni će podijeliti 11 miliona švedskih kruna na jednake dijelove. Zanimljivo je da su prijatelji i da se raduju da će podijeliti Nobelovu nagradu, kao i to da zapravo predstavljaju tri generacije naučnika.
