Tegorocznymi laureatami Nagrody Nobla z chemii zostali Susumu Kitagawa, Richard Robson oraz Omar M. Yaghi. Kapituła wyróżniła ich za przyczynienie się do „rozwoju struktur metalo-organicznych”. – To największe osiągnięcie w chemii nieorganicznej ostatnich dwóch dekad – przyznał prof. dr hab. Paweł Kulesza z Zakładu Chemii Nieorganicznej i Analitycznej UW.
Prace uhonorowanych naukowców zapoczątkowały nową dziedzinę chemii materiałowej. Struktury metalo-organiczne (MOFs, z j. ang. metal-organic frameworks) to materiały posiadające uporządkowaną, krystaliczną strukturę, przy czym są porowate. Te konstrukcje molekularne mają duże przestrzenie, przez które mogą przepływać gazy i inne substancje chemiczne. W materiałach tych jony metali są połączone organicznymi linkerami.
Specyficzne właściwości tych struktur pozwoliły na zastosowanie ich w separacji gazów i innych mieszanin, adsorpcji ksenobiotyków czy w transporcie leków. Mogą być też wykorzystywane do pozyskiwania wody z powietrza, wychwytywania dwutlenku węgla, magazynowania toksycznych gazów lub katalizowania reakcji chemicznych (więcej w tekście: Ogłoszono laureatów Nagrody Nobla 2025 w dziedzinie chemii).
„Hołd dla coraz lepszego zrozumienia istoty chemii”
– Po raz kolejny Komitet Noblowski nas zaskoczył, ponieważ nagroda z chemii jest rzeczywiście dosyć „chemiczna”. Podobnie jak w przypadku kropek kwantowych i tym razem mamy do czynienia ze strukturami wyższego rzędu, które naukowcy są w stanie coraz bardziej racjonalnie projektować i używać ich subtelnych właściwości, np. selekcji, transportu, wchłaniania, uwalniania różnych cząsteczek, w tym np. gazów. Wydaje mi się, że to jest hołd dla coraz lepszego zrozumienia istoty chemii oraz praktycznego zastosowania, które – być może – w przyszłości będzie dużo szersze niż obecnie – powiedziała dr hab. Maria Górna z Zakładu Chemii Teoretycznej i Strukturalnej, Wydziału Chemii UW.
– Rzeczywiście ta Nagroda Nobla jest dla chemii materiałów, która w ostatnich latach święci tryumfy na styku chemii nieorganicznej i chemii organicznej. Jeśli chodzi o MOF-y (Metal-Organic Frameworks), być może nie mają jeszcze powszechnych zastosowań, ale ich potencjał jest olbrzymi. Te porowate struktury można wykorzystywać do rozdzielania związków chemicznych, np. gazów czy tzw. cavities, czyli wnęk, które mogą tworzyć specyficzne środowisko i naśladować enzymy, co pozwala wykorzystywać je do celów katalitycznych i przyspieszania reakcji chemicznych. Moim zdaniem Nagroda Nobla jest jak najbardziej zasłużona. Obietnica składana przez to odkrycie jest bardzo duża i czekamy na realne zastosowania MOF-ów – zaznaczył prof. dr hab. Jacek Jemielity z Centrum Nowych Technologii UW.
– Warto podkreślić, że to nagroda za przełamanie kilku dogmatów, bo do tej pory wydawało się, że nie jest możliwe uzyskiwanie materiałów krystalicznych, siatkowych, które byłyby stabilne, tworzyły jednolite pory, nie znikały po usunięciu rozpuszczalników i mogłyby przetrwać wysokie temperatury. To właśnie oznacza szereg możliwości ich zastosowania – podkreślił dr hab. Wiktor Lewandowski z Zakładu Chemii Organicznej i Technologii Chemicznej UW.
„Największe osiągnięcie w chemii nieorganicznej ostatnich dwóch dekad”
– Omara M. Yaghiego poznałem jako młodego badacza, doktoranta na University of Illinois. Mamy też wspólne prace, jest wybitnym syntetykiem. Wtedy pracował nad polioksometalanami, strukturami nieskończonymi, można powiedzieć szkieletami, bo takiego terminu używamy w języku polskim mniej lub bardziej słusznie w odniesieniu do Metal-Organic Frameworks. Moim zdaniem wykorzystał tę wiedzę. Był doktorantem bardzo znanego profesora Waltera G. Krummela, uważanego za jednego z ojców polioksometalanów. Moim zdaniem jest to dziedzina już dojrzała, czego dowodem jest tegoroczna Nagroda Nobla. Sądzę, że to największe osiągnięcie w chemii nieorganicznej ostatnich dwóch dekad. Pierwsze MOF-y powstały w latach 90. i tego dotyczyła również pierwsza publikacja Omara M. Yaghiego. Mam nadzieję – i tak podpowiada mi moje doświadczenie, bo od roku wracam do tego typu układów – że istnieją ogromne możliwości tworzenia struktur mieszanych. Była mowa o absorpcji czy sorpcji dwutlenku węgla, ale MOF może być także katalizatorem i posłużyć do konwersji dwutlenku węgla, np. w paliwo. Można to wykorzystać w różnoraki sposobów. Może wreszcie pozwoli nam to przejść od zeolitów i wysokotemperaturowej katalizy do średnio- i niskotemperaturowej, czyli bardziej ekologicznej – przyznał prof. dr hab. Paweł Kulesza z Zakładu Chemii Nieorganicznej i Analitycznej UW.
– Jest to swego rodzaju przełom, że materiał krystaliczny jest jednocześnie porowaty i być może wzbudza zdziwienie, dlaczego chemicy tak dużą wagę przykładają do tej porowatości. Warto dodać, że MOF-y dają możliwość bardzo precyzyjnego regulowania tych porów. Oprócz tego, że mogą być one magazynami cząsteczek czy gazów lub pełnić rolę filtrów, możemy w sposób bardzo precyzyjny i kontrolowany dopasować rozmiar wolnych przestrzeni materiału do konkretnego zapotrzebowania. Jesteśmy w stanie „zaprojektować MOF” pod konkretne potrzeby, czy to sorpcji dwutlenku węgla, czy przeprowadzenia reakcji w obrębie porów, na przykład katalitycznych. To niesłychanie użyteczne narzędzie, które otwiera wachlarz bardzo szerokich możliwości – wyjaśnił prof. dr hab. Sławomir Sęk z Zakładu Chemii Nieorganicznej i AnalitycznejUW.
Źródło: Centrum Współpracy i Dialogu UW, fot. Pixabay
