Laureaci Nagrody Nobla z Chemii 2025: Architekci Przestrzeni Molekularnych

8 października 2025 roku, Szwedzka Akademia Nauk ogłosiła werdykt w sprawie Nagrody Nobla z chemii. Zaszczyt ten przypadł trzem wybitnym naukowcom: Susumu Kitagawie, Richardowi Robsonowi oraz Omarowi M. Yaghiemu. Uznanie to jest wyrazem hołdu dla ich pionierskich prac nad rozwojem metaloorganicznych ram (MOF), co zapoczątkowało nową erę w dziedzinie architektury molekularnej. Odkrycie to otworzyło drzwi do syntezy i projektowania materiałów o strukturze porowatej, charakteryzujących się wyjątkowymi właściwościami fizykochemicznymi. Łączna pula nagrody, wynosząca 11 milionów koron szwedzkich, zostanie podzielona równo między wszystkich laureatów.

Kluczem do tego przełomu było stworzenie krystalicznych struktur porowatych, w których jony metali pełnią funkcję węzłów, połączonych ze sobą za pomocą długich cząsteczek organicznych. W rezultacie powstają materiały o gigantycznej powierzchni wewnętrznej, pozwalającej na swobodny przepływ gazów i innych substancji chemicznych. Te konstrukcje to w istocie molekularne budowle z dużymi, celowo zaprojektowanymi przestrzeniami. Taka precyzyjna architektura umożliwia kontrolowanie właściwości materiałów na poziomie molekularnym, czyniąc je nieocenionymi w wielu sektorach nauki i techniki. Przewodniczący Komitetu Noblowskiego w dziedzinie chemii, Heiner Linke, porównał te struktury do magicznej torebki Hermiony z serii o Harrym Potterze – z zewnątrz niewielkie, lecz niezwykle pojemne w środku.

Droga do tego odkrycia była procesem wieloetapowym. Richard Robson z Uniwersytetu w Melbourne położył podwaliny koncepcyjne w 1989 roku, łącząc jony miedzi z organicznymi ligandami, co zaowocowało powstaniem przestronnego, choć niestabilnego kryształu. Następnie, w latach 1992–2003, Susumu Kitagawa z Uniwersytetu w Kioto wykazał elastyczność MOF oraz ich zdolność do selektywnego przepuszczania gazów, co znacząco zwiększyło perspektywy ich praktycznego zastosowania. Omar M. Yaghi z Uniwersytetu Kalifornijskiego w Berkeley umocnił tę dziedzinę, opracowując struktury o wyjątkowej trwałości i wprowadzając termin „chemia retikularna” na określenie modułowego podejścia do ich projektowania. W 1999 roku Yaghi zaprezentował MOF-5, materiał o ultra-wysokiej porowatości, zdolny wytrzymać temperatury do 300°C bez degradacji, który stał się kluczową technologią bazową. Ich synergiczna praca umożliwiła chemikom zaprojektowanie dziesiątek tysięcy wariantów MOF.

Potencjał MOF jest olbrzymi i doskonale wpisuje się w testament Alfreda Nobla dotyczący przynoszenia ludzkości największych korzyści. Materiały te są już wykorzystywane do pozyskiwania wody z powietrza na terenach pustynnych, do sekwestracji dwutlenku węgla – co jest kluczowe dla celów klimatycznych – oraz do oczyszczania wody z zanieczyszczeń, w tym do separacji PFAS. W biomedycynie znajdują zastosowanie w systemach precyzyjnego dostarczania leków. Co więcej, MOF są efektywne w katalizie reakcji chemicznych, magazynowaniu i transporcie wodoru, a także w budowie zaawansowanych czujników do wykrywania substancji toksycznych. Sektor magazynowania gazów dominuje na rynku, stanowiąc około 40% w 2025 roku, co podkreśla ich znaczenie dla bezpieczeństwa energetycznego, zwłaszcza w kontekście magazynowania wodoru.

Rynek metaloorganicznych ram odnotowuje dynamiczny wzrost. Jego wartość w 2024 roku szacowano na około 0,51 miliarda dolarów amerykańskich, a prognozy wskazują na osiągnięcie 1,70 miliarda dolarów do 2030 roku, co oznacza średnioroczny wzrost na poziomie 22,1%. Obecnie MOF oparte na cynku zajmują znaczący udział rynkowy, sięgający około 27,8% w 2025 roku, co wynika z ich wszechstronności. Ten rozkwit jest napędzany rosnącym zapotrzebowaniem na technologie proekologiczne oraz wdrażaniem MOF w nowych zastosowaniach przemysłowych.

Profesor Robson, pomimo najwyższego wyróżnienia, już następnego dnia po ogłoszeniu powrócił do obowiązków dydaktycznych, prowadząc zajęcia dla studentów pierwszego roku. Jest to wymowne przypomnienie o nierozerwalnym związku między badaniami podstawowymi a przekazywaniem wiedzy kolejnym pokoleniom. Osiągnięcia w dziedzinie inżynierii materiałowej otwierają przed chemikami i inżynierami nowe horyzonty w tworzeniu materiałów o z góry określonych parametrach. Wspólny wysiłek tych trzech naukowców nie tylko popchnął chemię do przodu, ale także inspiruje nowe rzesze badaczy do podejmowania interdyscyplinarnych wyzwań innowacyjnych.