برای توسعه چارچوب‌های فلزی–آلی

بیانیه‌ی مطبوعاتی
آکادمی سلطنتی علوم سوئد
۸ اکتبر ۲۰۲۵

آکادمی سلطنتی علوم سوئد تصمیم گرفته است جایزه نوبل شیمی سال ۲۰۲۵ را اعطا کند به:

سوسومو کیتاگاوا (Susumu Kitagawa)
دانشگاه کیوتو، ژاپن

ریچارد رابسون (Richard Robson)
دانشگاه ملبورن، استرالیا

عمر ام. یاگی (Omar M. Yaghi)
دانشگاه کالیفرنیا، برکلی، ایالات متحده آمریکا

با عنوان:
«برای توسعه چارچوب‌های فلزی–آلی (Metal–Organic Frameworks)»

معماری مولکولی آن‌ها اتاق‌هایی برای انجام شیمی درون خود دارد

برندگان جایزه نوبل شیمی ۲۰۲۵ سازه‌هایی مولکولی پدید آورده‌اند که دارای فضاهای بزرگ داخلی هستند و گازها و مواد شیمیایی دیگر می‌توانند از میان آن‌ها عبور کنند. این سازه‌ها که «چارچوب‌های فلزی–آلی» یا به اختصار MOF نام دارند، می‌توانند برای استخراج آب از هوای بیابان، جذب دی‌اکسیدکربن، ذخیره گازهای سمی یا کاتالیز واکنش‌های شیمیایی به کار روند.

سوسومو کیتاگاوا، ریچارد رابسون و عمر یاگی به دلیل توسعه‌ی گونه‌ای جدید از معماری مولکولی مفتخر به دریافت جایزه نوبل شده‌اند. در این سازه‌ها، یون‌های فلزی همچون سنگ‌های زاویه‌ای (cornerstones) عمل می‌کنند که توسط مولکول‌های آلی (کربنی) بلند به یکدیگر متصل شده‌اند. حاصل این ترکیب، بلورهایی با حفره‌های بزرگ است که به آن‌ها مواد متخلخل یا چارچوب‌های فلزی–آلی (MOF) گفته می‌شود.

با تغییر اجزای سازنده‌ی MOF، شیمیدانان می‌توانند آن‌ها را برای جذب و نگهداری مواد خاص طراحی کنند. همچنین MOFها می‌توانند واکنش‌های شیمیایی را هدایت کنند یا رسانای الکتریسیته باشند.

«چارچوب‌های فلزی–آلی پتانسیل عظیمی دارند و فرصت‌هایی پیش‌بینی‌نشده برای ساخت مواد سفارشی با عملکردهای جدید فراهم می‌کنند.»
— هاینر لینکه (Heiner Linke)، رئیس کمیته نوبل شیمی

آغاز ماجرا

همه چیز در سال ۱۹۸۹ آغاز شد؛ زمانی که ریچارد رابسون از ویژگی‌های ذاتی اتم‌ها به شکلی نو بهره گرفت. او یون‌های مس با بار مثبت را با یک مولکول چهارشاخه ترکیب کرد؛ مولکولی که در انتهای هر شاخه‌اش گروهی شیمیایی وجود داشت که به یون مس جذب می‌شد.

نتیجه، شکل‌گیری یک بلور منظم و جادار بود — همچون الماسی پر از حفره‌های بی‌شمار.

رابسون فوراً به پتانسیل این سازه‌ی مولکولی پی برد، اما مشکل آن ناپایداری بود و به‌سادگی فرو می‌ریخت. با این حال، سوسومو کیتاگاوا و عمر یاگی در فاصله‌ی سال‌های ۱۹۹۲ تا ۲۰۰۳ به‌صورت جداگانه، پایه‌ای مستحکم برای این روش بنا نهادند.

کیتاگاوا نشان داد که گازها می‌توانند درون این سازه‌ها جریان یابند و پیش‌بینی کرد که MOFها می‌توانند انعطاف‌پذیر باشند. یاگی نیز یک MOF بسیار پایدار ساخت و نشان داد که می‌توان آن را به‌صورت طراحی‌شده و هدفمند تغییر داد تا خواص جدید و مطلوبی پیدا کند.

تأثیر جهانی

در پی این کشفیات انقلابی، شیمیدانان تاکنون ده‌ها هزار نوع MOF ساخته‌اند. برخی از آن‌ها می‌توانند به حل بزرگ‌ترین چالش‌های بشری کمک کنند — از جمله:

• جداسازی مواد آلاینده‌ی PFAS از آب،

• تجزیه‌ی داروهای باقیمانده در محیط زیست،

• جذب دی‌اکسیدکربن، یا

• استخراج آب از هوای بیابان.

 منبع
© Johan Jarnestad / The Royal Swedish Academy of Sciences