Profesor Susumu Kitagawa i Współlaureaci: Nowa Era Architektury Materiałowej MOF

Dnia 8 października 2025 roku Szwedzka Akademia Królewska ogłosiła przyznanie Nagrody Nobla w dziedzinie Chemii Profesorowi Susumu Kitagawie, Richardowi Robsonowi oraz Omarowi M. Yaghiemu. Uznanie to jest wyrazem hołdu dla ich pionierskich prac nad ramami metaloorganicznymi, znanymi jako MOF-y (Metal-Organic Frameworks) – innowacyjną architekturą molekularną, która otwiera nowe perspektywy dla transformacji materiałowej i ekologicznej.

Fundamenty tej rewolucji sięgają roku 1989, kiedy to Richard Robson, badając właściwości atomów, skonstruował pierwszą przestrzenną konstrukcję, przypominającą diament wypełniony niezliczonymi komorami, choć jego wczesne struktury cechowały się niestabilnością. W tym samym roku Profesor Kitagawa, wówczas związany z Uniwersytetem Kindai, analizując strukturę kryształu, dostrzegł potencjał w tworzeniu materiałów o strukturze plastra miodu, zdolnych do kontrolowania magazynowania i uwalniania gazów. Kluczowe dla globalnych badań okazało się jego odkrycie z 1997 roku, kiedy opublikował pracę opisującą trójwymiarowe MOF-y z otwartymi kanałami. W tym samym okresie Omar Yaghi rozwijał niezależnie koncepcję chemii retikularnej, tworząc niezwykle stabilne MOF-y, które można było racjonalnie projektować i modyfikować pod kątem pożądanych funkcji.

MOF-y to krystaliczne gąbki molekularne, w których jony metali pełnią rolę węzłów konstrukcyjnych, połączonych długimi cząsteczkami organicznymi. Ta modułowość pozwala na tworzenie materiałów o nieskończonej różnorodności zastosowań, dostosowanych do konkretnych wyzwań. Prace noblistów mają kluczowe znaczenie dla globalnych dylematów: struktury te są projektowane do wychwytywania dwutlenku węgla ze spalin, co jest istotne dla dekarbonizacji przemysłu, a także do pozyskiwania wody z powietrza pustynnego, co stanowi odpowiedź na wyzwania wodne. Ponadto, MOF-y mogą służyć do oczyszczania wody z substancji trwałych, takich jak PFAS, oraz do magazynowania wodoru jako czystego nośnika energii.

Profesor Susumu Kitagawa, urodzony w Kioto w 1951 roku, obecnie pełni funkcję Wiceprezesa Wykonawczego i Profesora Wybitnego na Uniwersytecie Kioto, instytucji, która przewiduje radykalne innowacje w nauce o materiałach dzięki tym odkryciom. Warto odnotować, że w 2025 roku, kiedy ogłoszono jego nagrodę, Shimon Sakaguchi otrzymał Nagrodę Nobla w dziedzinie Medycyny. Obecnie rynek MOF-ów przechodzi transformację z fazy badań akademickich do aplikacji przemysłowych, z szacowanym rocznym wzrostem na poziomie około 30%. Zdolność MOF-ów do selektywnej separacji gazów, na przykład CO₂/CH₄, oferuje znaczące oszczędności energetyczne w porównaniu z tradycyjnymi metodami. To, co było teoretycznym modelem, staje się namacalnym narzędziem do precyzyjnego kształtowania otoczenia materiałowego.