نوبل شیمی ۲۰۲۵ برای ابداع «چارچوب‌های فلزی-آلی» با قابلیت ذخیره‌سازی گاز

سه دانشمند از سه ملیت مختلف به پاس ابداع موادی که به گفته‌ی برخی، «انگار از دنیای هری پاتر بیرون آمده‌اند»، برنده جایزه نوبل شیمی سال ۲۰۲۵ شدند. این پژوهشگران با ابداع «چارچوب‌های فلزی-آلی» (MOFs) توانسته‌اند موادی با قابلیت ذخیره‌سازی حجم عظیمی از گاز در فضایی بسیار کوچک خلق کنند.

سوسومو کیتاگاوا از دانشگاه کیوتو ژاپن، ریچارد رابسون بریتانیایی از دانشگاه ملبورن استرالیا و عمر یاغی، پژوهشگر اردنی‌تبار از دانشگاه کالیفرنیا برکلی، به طور مشترک این جایزه معتبر را دریافت کردند.

مفهوم «کیف جادویی» در شیمی

هاینر لینک، رئیس کمیته نوبل شیمی، در نشست خبری اعلام برندگان، این چارچوب‌ها را به «کیف جادویی هرماینی» در مجموعه هری پاتر تشبیه کرد. او توضیح داد:

«این چارچوب‌ها شامل موادی جدید هستند که می‌توانند مقدار زیادی گاز را در حجمی بسیار کوچک ذخیره کنند؛ تقریباً شبیه کیف جادویی هرماینی در هری پاتر.»

چارچوب‌های فلزی-آلی از یون‌های فلزی تشکیل شده‌اند که با مولکول‌های آلی بلند به هم متصل می‌شوند. این ساختار مولکولی به گونه‌ای چیده شده که بلورهایی با حفره‌های بزرگ ایجاد می‌کند. این حفره‌ها به اندازه‌ای بزرگ هستند که می‌توانند برای جذب و ذخیره‌ی مواد مختلف مورد استفاده قرار گیرند.

جزئیات جایزه و تاریخچه پژوهش

آکادمی سلطنتی علوم سوئد روز چهارشنبه ۸ اکتبر، در استکهلم، نام برندگان صدوهفدهمین جایزه نوبل شیمی را اعلام کرد. این جایزه همراه با پاداشی نقدی به ارزش ۱۱ میلیون کرون سوئد (معادل تقریباً ۱٫۲ میلیون دلار) اهدا می‌شود.

پژوهش این سه دانشمند از سال ۱۹۸۹ آغاز شد:

• ۱۹۸۹: رابسون با ترکیب اتم‌های مس با بار مثبت و یک مولکول چهارشاخه، بلوری شبیه الماس با محفظه‌های کوچک ایجاد کرد.
• ۱۹۹۲ تا ۲۰۰۳: یاغی و کیتاگاوا مسیر رابسون را ادامه دادند و نشان دادند که گازها می‌توانند به این چارچوب‌های فلزی-آلی وارد و از آن‌ها خارج شوند.
• آن‌ها همچنین پایداری، انعطاف‌پذیری و قابلیت اصلاح این ساختارها را برای دستیابی به خواص منحصربه‌فرد، افزایش دادند.

کاربردهای کنونی و آینده چارچوب‌های فلزی-آلی

از زمان این کشف‌ها، پژوهشگران بی‌شماری از چارچوب‌های فلزی-آلی در زمینه‌های مختلف استفاده کرده‌اند. مهم‌ترین کاربردهای کنونی این مواد عبارتند از:

• جذب گازهای سمی در فرآیند تولید نیمه‌رساناها.
• استخراج آب از هوای بیابانی.
• تسریع واکنش‌های شیمیایی.
• تجزیه مواد شیمیایی و آلاینده‌های مضر، از جمله:
  • پلاستیک‌های موسوم به «مواد شیمیایی ماندگار» (PFA).
  • پسماندهای دارویی.
  • سلاح‌های شیمیایی.

کیتاگاوا، یکی از برندگان، مهم‌ترین کاربرد بالقوه‌ی کار خود را در جداسازی مواد از هوای اطراف دانست و گفت: «رویای من این است که بتوانیم هوا را بگیریم و اجزای آن را جدا کنیم؛ مثلاً دی‌اکسید کربن، اکسیژن یا بخار آب و سپس با استفاده از انرژی تجدیدپذیر آن‌ها را به موادی مفید تبدیل کنیم.»

بزرگ‌ترین کاربرد این چارچوب‌ها احتمالاً در آینده محقق خواهد شد؛ جایی که هم‌اکنون در پروژه‌هایی برای جذب دی‌اکسید کربن منتشرشده از کارخانه‌ها و نیروگاه‌ها در حال آزمایش هستند.