Nagroda Nobla z chemii 2025: Przełom w dziedzinie metaloorganicznych struktur ramowych (MOF)

W październiku 2025 roku Szwedzka Akademia Nauk podjęła decyzję o przyznaniu Nagrody Nobla w dziedzinie chemii trzem wybitnym naukowcom: Omarowi Yaghiemu, Susumu Kitagawie oraz Richardowi Robsonowi. Wyróżnienie to stanowi uhonorowanie ich pionierskich osiągnięć w kreowaniu i syntezie metaloorganicznych struktur ramowych, czyli MOF-ów. Omar Yaghi określił tę dziedzinę jako „chemię sieciową” (reticular chemistry). Łączna pula nagrody, wynosząca 11 milionów koron szwedzkich, została podzielona równo między laureatów.

Globalne znaczenie innowacyjnych materiałów

MOF-y to materiały hybrydowe, które powstają z jonów metali lub ich skupisk, połączonych organicznymi cząsteczkami w powtarzalne, trójwymiarowe sieci krystaliczne. Ich unikalna cecha to rekordowa porowatość, charakteryzująca się obecnością obszernych pustych przestrzeni, przez które mogą swobodnie przenikać gazy i substancje chemiczne. Odkrycia nagrodzonych naukowców mają kluczowe znaczenie dla rozwiązania palących problemów globalnych, obejmujących zarówno kwestie ekologiczne, jak i energetyczne.

Pionierskie kroki Robsona

Richard Robson położył podwaliny pod tę dziedzinę już w roku 1989, czerpiąc inspirację ze struktury diamentu. Wykorzystał on jony miedzi o ładunku dodatnim do skonstruowania pierwszej przewidywalnej trójwymiarowej siatki, posiadającej rozległe pory. Choć wczesne projekty Robsona borykały się z problemami stabilności, stanowiły one nieoceniony punkt wyjścia dla późniejszych, bardziej zaawansowanych odkryć.

Stabilność i elastyczność dzięki Yaghiemu i Kitagawie

Omar Yaghi, związany z Uniwersytetem Arizony oraz Uniwersytetem Kalifornijskim w Berkeley, w 1995 roku dokonał syntezy ramowej struktury, która stała się fundamentem dla tworzenia stabilnych MOF-ów. Jego zespół badawczy uzyskał materiał o powierzchni właściwej sięgającej niemal 4000 metrów kwadratowych na gram. Z kolei Susumu Kitagawa z Uniwersytetu w Kioto, w 1997 roku, zademonstrował zjawisko selektywnej adsorpcji gazów. Użył do tego celu szkieletu kobaltowego, zdolnego do pochłaniania dwutlenku węgla, azotu i tlenu. Wprowadził on również koncepcję „elastycznych” struktur, które potrafią modyfikować swoją budowę w odpowiedzi na interakcję z innymi cząsteczkami.

Skala zastosowań i perspektywy

Obecnie naukowcy zsyntetyzowali już ponad 100 000 różnych typów MOF-ów. Materiały te zapowiadają prawdziwą rewolucję technologiczną. Ich potencjalne zastosowania obejmują efektywne wychwytywanie dwutlenku węgla bezpośrednio ze strumieni spalin przemysłowych – komercjalizacja tego procesu spodziewana jest w latach 2026–2027. Ponadto, MOF-y są obiecujące w dziedzinie magazynowania energii, precyzyjnego dostarczania substancji leczniczych do komórek oraz efektywnego pozyskiwania wody z powietrza atmosferycznego.

Komercjalizacja i zasłużone uznanie

Technologia oparta na MOF/PCP, rozwinięta przez Kitagawę, jest już wdrażana w praktyce. Przykładem mogą być projekty takie jak Smart Gas Network, wykorzystujące kontenery CubiTan® do bezrurociągowego transportu metanu. Przyznanie Nagrody Nobla stanowi kulminację i globalne potwierdzenie wartości dziesięcioleci fundamentalnych badań w tej kluczowej dziedzinie inżynierii materiałowej.