نوبل شیمی ۲۰۲۵ به توسعه‌دهندگان MOFs؛ انقلابی در جذب کربن و آب بیابان رسید

کمیته جایزه نوبل، شیمی ۲۰۲۵ را به پاس توسعه «چارچوب‌های فلزی-آلی» (MOFs) به سه دانشمند برجسته اهدا کرد. این مواد نوین با ساختار اسفنجی و کریستالی خود، امکان ایجاد «اتاقک‌های» مولکولی را فراهم آورده‌اند که پتانسیل عظیمی در حل چالش‌های جهانی نظیر تأمین آب از رطوبت بیابان و جذب دی‌اکسید کربن دارند. این دستاورد، نقطه عطفی در مهندسی مواد محسوب می‌شود.

معرفی برندگان و سهم هر دانشمند در کشف MOFs

این جایزه به طور مشترک به سوسومو کیتاگاوا از ژاپن، ریچارد رابسون از بریتانیا، و عمر یاغی از اردن تعلق گرفت. این کشف بزرگ، نتیجه تلاش‌های مستقل و ادامه‌دار سه دانشمند در طول سه دهه گذشته بوده است.

مسیر تاریخی توسعه چارچوب‌های فلزی-آلی

1. آغاز ایده (۱۹۸۹ - ریچارد رابسون): رابسون در دانشگاه ملبورن، برای نخستین بار مفهوم استفاده از خواص ذاتی اتم‌ها برای ایجاد شبکه‌های منظم و جادار را مطرح کرد، هرچند ساختارهای اولیه او فاقد پایداری لازم بودند.
2. تثبیت ساختار سه‌بعدی (دهه ۱۹۹۰ - سوسومو کیتاگاوا): کیتاگاوا در سال ۱۹۹۷ موفق به سنتز MOFهای سه‌بعدی و پایدار شد که قابلیت جذب و آزادسازی گازها را بدون تخریب ساختار نشان دادند. او همچنین پیشگام ایده MOFهای انعطاف‌پذیر بود.
3. بلوغ و مهندسی (۱۹۹۵ به بعد - عمر یاغی): یاغی اصطلاح «چارچوب فلزی-آلی» را ابداع کرد و در سال ۱۹۹۹ با ساخت MOF-5، پایداری و ظرفیت فضایی این مواد را به اوج رساند.

تنها چند گرم از ماده MOF-5 ساخته شده توسط تیم یاغی، سطحی داخلی معادل یک زمین فوتبال را داراست؛ این نشان‌دهنده ظرفیت ذخیره‌سازی فوق‌العاده این مواد است.

ساختار و عملکرد MOFs: اتاقک‌های مولکولی

MOFها از دو جزء اصلی تشکیل شده‌اند: یون‌های فلزی که نقش ستون‌ها یا گوشه‌های سازه را ایفا می‌کنند، و مولکول‌های آلی (کربنی) که به عنوان تیرک‌ها، این گوشه‌ها را به یکدیگر متصل می‌سازند. این اتصال، یک شبکه کریستالی سه‌بعدی مملو از حفره‌ها و فضاهای خالی ایجاد می‌کند.

شیمیدانان می‌توانند با تغییر دقیق بلوک‌های سازنده، این «آپارتمان‌های مولکولی» را برای به دام انداختن یا رهاسازی مولکول‌های هدفمند (مانند گازها یا مایعات) طراحی کنند.

کاربردهای عملی و آینده‌نگر MOFs

از زمان معرفی، ده‌ها هزار نوع مختلف از این مواد سنتز شده‌اند که هر یک برای هدفی خاص بهینه‌سازی شده‌اند. پتانسیل این مواد در مواجهه با بحران‌های زیست‌محیطی بسیار چشمگیر است:

• تأمین آب در مناطق خشک: گروه تحقیقاتی عمر یاغی با استفاده از یک MOF، موفق به جذب رطوبت از هوای بیابان در طول شب و تبدیل آن به آب آشامیدنی خالص با استفاده از انرژی خورشید در روز شده‌اند.
• کاهش گازهای گلخانه‌ای: برخی MOFها ظرفیت فوق‌العاده‌ای در جذب CO₂ نشان داده‌اند و در حال حاضر در کارخانه‌ها برای کاهش انتشار گازهای گلخانه‌ای مورد آزمایش قرار دارند.
• ذخیره‌سازی انرژی: این مواد می‌توانند برای ذخیره‌سازی ایمن گازهای خطرناک یا گازهای پاک مانند هیدروژن جهت استفاده در وسایل نقلیه به کار روند.
• تصفیه محیط زیست: MOFها قابلیت جداسازی آلاینده‌های سرسخت مانند PFAS از آب و همچنین تجزیه بقایای آنتی‌بیوتیک‌ها در محیط زیست را دارند.

لازم به ذکر است که پیش از این، برندگان نوبل پزشکی و نوبل فیزیک سال ۲۰۲۵ نیز اعلام شده‌اند.