Nobel z chemii 2025 za materiały, które potrafią „oddychać”
Susumu Kitagawa, Richard Robson i Omar M. Yaghi zostali nagrodzeni Noblem z chemii za stworzenie nowego rodzaju materiałów. To tzw. metaloorganiczne sieci porowate – MOF, czyli struktury o miliardach mikroskopijnych pustych przestrzeni. Dzięki nim można wyłapywać dwutlenek węgla, oczyszczać wodę z toksyn, magazynować gazy i nawet zbierać wodę z powietrza na pustyni
„Metaloorganiczne sieci mają ogromny potencjał, dają niespotykane wcześniej możliwości tworzenia materiałów o nowych funkcjach” – podkreślał Heiner Linke, przewodniczący Komitetu Noblowskiego ds. chemii. Jej laureatami w 2025 r. zostali Susumu Kitagawa z Uniwersytetu w Kioto, Richard Robson z Uniwersytetu w Melbourne oraz Omar M. Yaghi z Uniwersytetu Kalifornijskiego w Berkeley. Każdy z nich otrzyma po równej części z puli 11 mln koron szwedzkich.
Nowy sposób budowania materii
Wyobraźmy sobie kryształ przypominający gąbkę – pełen „pokoi” i „korytarzy”, które można wypełnić dowolnymi cząsteczkami. Tak właśnie wyglądają MOF. Ich twórcy połączyli atomy metali z długimi cząsteczkami organicznymi, tworząc sieć o regularnym kształcie i ogromnej powierzchni wewnętrznej.
Wystarczy kilka gramów takiego materiału, by ukryta w nim powierzchnia dorównywała wielkości boiska piłkarskiego. To właśnie dzięki temu MOF mogą pochłaniać i zatrzymywać ogromne ilości gazów lub zanieczyszczeń.
Wszystko zaczęło się w latach 80. XX w., gdy Richard Robson z Australii próbował zbudować model molekuły z drewnianych kulek i patyczków. Zrozumiał wtedy, że można wykorzystać naturalne właściwości atomów, by same tworzyły skomplikowane, przestrzenne sieci. W 1989 r. pokazał pierwszy taki kryształ – zbudowany z jonów miedzi i czteroarmowych cząsteczek – pełen pustych przestrzeni niczym diament z dziurami.
Konstrukcja była jednak niestabilna.
Przełom nastąpił dopiero w latach 90., gdy Susumu Kitagawa i Omar Yaghi niezależnie udoskonalili tę metodę. Kitagawa stworzył materiał, który mógł pochłaniać i uwalniać gazy bez rozpadu, a Yaghi opracował jego stabilną, „odporną na temperaturę” wersję. W 1999 r. Yaghi zaprezentował materiał nazwany MOF-5, który do dziś jest wzorcem dla całej dziedziny. To właśnie on zapoczątkował wyścig laboratoriów na całym świecie – dziś znamy już dziesiątki tysięcy różnych MOF.
Do czego można je wykorzystać
Najważniejsze jest to, że MOF można zaprojektować pod konkretne zadanie. Wystarczy zmienić metal lub cząsteczkę łączącą, by uzyskać zupełnie inne właściwości. Dzięki temu MOF są dziś jednym z najbardziej obiecujących typów materiałów przyszłości.
- Oczyszczanie powietrza i wody – niektóre MOF potrafią wyłapywać dwutlenek węgla ze spalin fabryk albo toksyczne związki PFAS z wody.
- Zbieranie wody z powietrza – Yaghi opracował MOF, który w nocy pochłania wilgoć z pustynnego powietrza, a rano oddaje ją w postaci czystej wody.
- Bezpieczne magazynowanie gazów – inne materiały pozwalają przechowywać wodór lub metan bez konieczności używania wysokiego ciśnienia.
- Kataliza i medycyna – MOF mogą przyspieszać reakcje chemiczne lub dostarczać leki dokładnie tam, gdzie są potrzebne.
„To jak zestaw klocków LEGO dla chemików. Każdy element można dobrać i połączyć tak, by materiał spełniał określoną funkcję” – wyjaśniają członkowie komitetu.
Materiał, który oddycha
Niektóre MOF są elastyczne – kurczą się i rozszerzają, gdy pochłaniają cząsteczki gazu. Kitagawa porównał je do płuc, które oddychają, ale zachowują kształt. Dzięki temu można je wykorzystywać wielokrotnie, bez utraty ich właściwości.
Wielu naukowców uważa, że właśnie te „oddychające kryształy” mogą stać się materiałem XXI w. Ich możliwości są niemal nieograniczone: od redukcji emisji CO₂ po odzyskiwanie surowców z odpadów przemysłowych.
Kim są laureaci
- Susumu Kitagawa – urodzony w 1951 r. w Kioto, profesor Uniwersytetu w Kioto.
- Richard Robson – urodzony w 1937 r. w Wielkiej Brytanii, profesor Uniwersytetu w Melbourne.
- Omar M. Yaghi – urodzony w 1965 r. w Ammanie, profesor Uniwersytetu Kalifornijskiego w Berkeley.
Naukowcy stworzyli nie tylko nowy materiał, ale nowy sposób myślenia o materii – taki, w którym można projektować jej strukturę niemal jak architekt planuje budynek. Dzięki ich odkryciu chemia stała się bardziej przewidywalna, a możliwości zastosowań – praktycznie nieograniczone.