Stworzyli materiały, które mogą zmienić świat. Chemiczny Nobel za klatki na cząsteczki

Laureaci tegorocznego Nobla w dziedzinie chemii to Susumu Kitagawa, Richard Robson i Omar Yaghi. Opracowali oni nowy typ architektury molekularnej. Stworzone przez nich konstrukcje – metaloorganiczne struktury szkieletowe – zawierają duże przestrzenie, w których cząsteczki mogą swobodnie przepływać. Naukowcy wykorzystali je m.in. do pozyskiwania wody z pustynnego powietrza, usuwania zanieczyszczeń z wody, wychwytywania dwutlenku węgla i magazynowania wodoru.

Za co przyznano Nagrodę Nobla z chemii?

Struktury metaloorganiczne, w skrócie zwane MOF, to złożone materiały chemiczne budową przypominające mikroskopijną gąbkę. Mogą one pochłaniać cząsteczki o ściśle określonych wymiarach. Materiały te łączą dwie pozornie przeciwstawne cechy – porowatość i krystaliczność.

W MOF-ach jony metali pełnią funkcję kamieni węgielnych, połączonych długimi cząsteczkami organicznymi. Jony i cząsteczki metali organizują się, tworząc kryształy zawierające duże wnęki. Chemicy mogą je projektować w celu wychwytywania i magazynowania określonych substancji. MOF-y mogą również wywoływać reakcje chemiczne lub przewodzić prąd elektryczny.

W 1989 roku Richard Robson stworzył struktury przypominające MOF-y – uporządkowane, przestronne kryształy. Były one jednak niestabilne. Z pomocą przyszli Susumu Kitagawa i Omar Yaghi. W latach 1992–2003 dokonali niezależnie szeregu odkryć, które pozwoliły chemikom projektować i wytwarzać stabilne MOF-y. Od tamtej pory opracowano dziesiątki tysięcy takich chemicznych „klatek”.

Prof. Yaghi odkrył np., że można wyprodukować taki MOF, który skutecznie „wysysa” parę wodną z powietrza. Potem wystarczy całość podgrzać, by uzyskać skroploną wodę. Taka technologia zużywa znacznie mniej energii niż stosowane dotychczas systemy skraplania. Uczony założył firmę, by skomercjalizować technologię. – Wychowałem się w Palestynie, gdzie woda była na wagę złota. Moim celem jest powszechne udostępnienie technologii, dzięki której stanie się ona dostępna nawet na terenach od dawna bezwodnych – mówi prof. Yaghi.

Co wiemy o laureatach chemicznego Nobla?

Susumu Kitagawa

Urodzony w 1951 roku Susumu Kitagawa jest chemikiem specjalizującym się w chemii związków hybrydowych organiczno-nieorganicznych. Jest absolwentem Uniwersytetu w Kioto, a od 2007 roku również pracownikiem tej uczelni. Kieruje własną jednostką – Instytutem Nauk o Zintegrowanych Materiałach Komórkowych. Wcześniej piastował stanowisko profesora chemii nieorganicznej na Uniwersytecie Metropolitalnym w Tokio. Noblista ma na swoim koncie ponad 600 artykułów naukowych w międzynarodowych czasopismach.

Susumu Kitagawa jest drugim tegorocznym noblistą związanym z Uniwersytetem w Kioto. Absolwentem tej szanowanej uczelni jest również Shimon Sakaguchi, wyróżniony w poniedziałek Nagrodą Nobla w dziedzinie medycyny lub fizjologii.

Richard Robson

Drugim z trzech wyróżnionych naukowców jest Richard Robson. Ten urodzony w 1937 roku w Wielkiej Brytanii profesor chemii Uniwersytetu w Melbourne nazywany jest pionierem inżynierii kryształów z udziałem metali przejściowych. Ma na swoim koncie ponad 200 artykułów naukowych.

Robson jest absolwentem Uniwersytetu Oksfordzkiego, gdzie uzyskał tytuł doktorski. Następnie prowadził badania w California Institute of Technology (Caltech) oraz na Uniwersytecie Stanforda. Od 1966 roku do dziś związany jest jednak z Uniwersytetem w Melbourne. Odkrycia zapewniły mu m.in. prestiżową Nagrodę Burrowsa, przyznawaną przez Sekcję Chemii Nieorganicznej Królewskiego Australijskiego Instytutu Chemicznego, a także członkostwo w Australijskiej Akademii Nauk oraz Towarzystwie Królewskim w Londynie.

Omar M. Yaghi

Trzecim z wyróżnionych jest jordańsko-amerykański chemik, profesor Uniwersytetu Kalifornijskiego w Berkeley, Omar M. Yaghi. Według analiz Thomson Reuters, w latach 2000–2010 był drugim najczęściej cytowanym chemikiem na świecie.

Omar M. Yaghi jest naukowcem w Lawrence Berkeley National Laboratory, a także założycielem Berkeley Global Science Institute. Rok 2025 jest dla niego wyjątkowo pomyślny – najpierw został wybrany prezydentem Światowej Rady Kultury, a dzisiaj otrzymał Nagrodę Nobla w dziedzinie chemii. Materiały opracowane przez Yaghiego znajdują zastosowanie w technologiach czystej energii – m.in. w magazynowaniu wodoru i metanu, wychwytywaniu dwutlenku węgla oraz pozyskiwaniu wody z powietrza w warunkach pustynnych.

W 2020 roku założył startup Atoco, zajmujący się komercjalizacją technologii MOF i COF w dziedzinie wychwytywania CO₂ i pozyskiwania wody z powietrza. W 2021 roku współzałożył firmę H2MOF, rozwijającą rozwiązania w zakresie magazynowania wodoru z wykorzystaniem chemii retikularnej.

Dodajmy, że noblista urodził się w Jordanii w rodzinie palestyńskich uchodźców. W wieku 15 lat trafił do USA. W odróżnieniu od pozostałych dzisiejszych laureatów, nie jest absolwentem prestiżowej uczelni. Studiował w Hudson Valley Community College i na Uniwersytecie Stanowym Nowego Jorku w Albany. Dopiero po uzyskaniu doktoratu trafił na Uniwersytet Harvarda.

Kto był typowany do Nagrody Nobla?

Co roku specjaliści próbują przewidzieć, kto dostanie Nobla. Tegoroczne typy firmy analitycznej Clarivate w dziedzinie chemii to:

• Clifford P. Brangwynne, Anthony A. Hyman, Michael K. Rosen – za prace nad działaniem komórek,
• Jean-Marie Tarascon – za prace dotyczące przechowywania energii,
• Tao Zhang – za prace dotyczące katalizy.

Tegoroczny noblista Omar M. Yaghi był typowany do nagrody w 2021 r. przez serwis Chemistry Views.

Źródło: Nobelprize.org

Nasza autorka

Ewelina Zambrzycka-Kościelnicka

Dziennikarka i redaktorka zajmująca się tematyką popularnonaukową. Pisze przede wszystkim o eksploracji kosmosu, astronomii i historii. Związana z Centrum Badań Kosmicznych PAN oraz magazynami portali Gazeta.pl i Wp.pl. Ambasadorka Śląskiego Festiwalu Nauki. Współautorka książek „Człowiek istota kosmiczna”, „Kosmiczne wyzwania” i „Odważ się robić wielkie rzeczy”.