Nagroda Nobla w dziedzinie chemii przyznana za prace nad architekturą molekularną

Nagroda Nobla z chemii 2025 roku trafiła do Susumu Kitagawy, Richarda Robsona i Omara Yaghi za rozwój materiałów pełnych dziur, które mogą przechowywać i uwalniać gazy, takie jak dwutlenek węgla, znane jako struktury metalo-organiczne.

„Niewielka ilość takiego materiału może być niemal jak torba Hermiony z Harry’ego Pottera,” powiedział Heiner Linke, przewodniczący Komitetu Noblowskiego ds. Chemii. „Może przechowywać ogromne ilości gazu w malutkim wolumenie”.

Obecnie stworzono dziesiątki tysięcy różnych struktur metalo-organicznych. Mają one wiele potencjalnych zastosowań, począwszy od pomagania w przechwytywaniu CO₂ w kominach po oczyszczanie wiecznych zanieczyszczeń i zbieranie wody z powietrza.

Pod koniec lat 80. Richard Robson z Uniwersytetu w Melbourne w Australii inspirowany uporządkowaną strukturą diamentów stworzył pierwsze struktury metalo-organiczne. Zrozumiał, że możliwe byłoby wykorzystanie jonów metali jako węzłów i połączenie ich z cząsteczkami węglowodorów, czyli organicznymi.

Gdy jony metali i cząsteczki organiczne są ze sobą zmieszane, samoistnie tworzą uporządkowane struktury. Podczas gdy dziury w strukturze diamentowej są małe, dziury w strukturach metalo-organicznych mogą być znacznie większe.

Dziury w strukturach metalo-organicznych stworzonych przez Robsona zostały wypełnione wodą. To właśnie Susumu Kitagawa z Uniwersytetu w Kioto w Japonii jako pierwszy stworzył strukturę wystarczająco stabilną, aby ją wysuszyć i zdołał wypełnić puste dziury gazem.

„Pokazał, że gazy można wchłonąć, wchłonięte przez materiał, a następnie mogły być uwolnione z materiału,” powiedział Olof Ramström, członek Komitetu Noblowskiego ds. Chemii.

Kitagawa stworzył również struktury metalo-organiczne, które zmieniają kształt, gdy dodaje się lub usuwa gazy.

Omar Yaghi z Uniwersytetu Kalifornijskiego w Berkeley zdołał stworzyć struktury jeszcze bardziej stabilne, wykorzystując klaster jonów metali zawierających cynk i tlen, oraz łączniki zawierające grupy karboksylowe.

„To niesamowita struktura, ponieważ była wyjątkowo stabilna. Była stabilna aż do temperatury 300 stopni Celsjusza,” powiedział Ramström. „Ale jeszcze bardziej niezwykłe jest to, że zawiera ogromną powierzchnię. Dlatego tylko kilka gramów tego porowatego materiału, mniej więcej tyle co mała kostka cukru, zawiera tak dużą powierzchnię jak duże boisko piłkarskie, które ma kilka tysięcy metrów kwadratowych.”

Yaghi pokazał również, że dziury w tych materiałach można zrobić większe, po prostu wydłużając łączniki.

Po tych fundamentalnych przełomach, dziedzina ta bardzo szybko ewoluowała – powiedział Ramström. „Obserwujemy, że nowe struktury metalo-organiczne są tworzone prawie codziennie.”