Giải Nobel Hóa học 2025 trao cho phát minh về khung kim loại-hữu cơ

Theo Ủy ban Nobel, các nhà khoa học này đã tạo ra một dạng kiến trúc phân tử có không gian rỗng, cho phép khí và các chất hóa học lưu thông bên trong. Các cấu trúc này có thể được ứng dụng để thu nước từ không khí sa mạc, lưu trữ khí độc, thu giữ carbon dioxide hay xúc tác phản ứng hóa học.

Trong các MOF, các ion kim loại đóng vai trò như những điểm neo, được liên kết với các phân tử hữu cơ dài để hình thành tinh thể có khoang rỗng. Bằng cách thay đổi các “khối xây dựng” này, nhà khoa học có thể thiết kế vật liệu với đặc tính riêng: từ khả năng lưu trữ, dẫn điện đến xúc tác phản ứng.

Giáo sư Heiner Linke, Chủ tịch Ủy ban Nobel Hóa học, nhận định: “Khung kim loại-hữu cơ mở ra tiềm năng khổng lồ cho việc tạo ra các vật liệu tùy chỉnh, mang những chức năng hoàn toàn mới”.

Hành trình phát minh MOF bắt đầu năm 1989, khi Richard Robson thử nghiệm liên kết các ion đồng mang điện dương với một phân tử có 4 nhánh. Sự kết hợp này tạo nên một tinh thể ngăn nắp với cấu trúc xốp, giống như viên kim cương chứa vô số lỗ rỗng. Dù ban đầu chưa ổn định, phát hiện này đặt nền móng cho hướng nghiên cứu sau đó.

Từ 1992 đến 2003, Susumu Kitagawa và Omar Yaghi đã nối tiếp và hoàn thiện ý tưởng này. Kitagawa chứng minh khí có thể đi vào và thoát ra khỏi cấu trúc, mở đường cho các vật liệu có tính linh hoạt cao. Trong khi đó, Yaghi phát triển các MOF cực kỳ ổn định và có thể điều chỉnh cấu trúc theo thiết kế, giúp chúng sở hữu các đặc tính mới phục vụ nhiều mục đích khác nhau.

Kể từ đó, giới khoa học đã tổng hợp hàng chục nghìn MOF khác nhau, nhiều loại trong số này được kỳ vọng sẽ góp phần giải quyết các thách thức toàn cầu, như lọc bỏ PFAS khỏi nước, phân hủy dược chất trong môi trường, thu giữ khí CO₂ hoặc khai thác hơi ẩm từ không khí khô cằn.