Gửi bình luận
ĐNO - Ngày 8/10, Giải Nobel Hóa học năm 2025 vinh danh 3 nhà khoa học: Susumu Kitagawa (Nhật Bản), Richard Robson (Úc) và Omar M. Yaghi (Mỹ) với nghiên cứu phát triển cấu trúc phân tử mới, mở ra tiềm năng ứng dụng to lớn trong giải quyết biến đổi khí hậu, khan hiếm nước và ô nhiễm môi trường.
Reuters dẫn thông cáo báo chí của Viện Hàn lâm Khoa học Hoàng gia Thụy Điển cho biết, 3 nhà khoa học này đã phát triển dạng cấu trúc phân tử hoàn toàn mới, trong đó các ion kim loại đóng vai trò như phần quan trọng nhất được liên kết với nhau bởi các phân tử hữu cơ dài (có nền tảng carbon).
Sự kết hợp giữa các ion kim loại và phân tử hữu cơ này tạo nên các tinh thể có những khoang lớn. Những vật liệu xốp như vậy được gọi là khung kim loại - hữu cơ (MOF - metal organic frameworks).
Nghiên cứu khởi nguồn năm 1989, khi nhà khoa học Richard Robson thử nghiệm cách tiếp cận mới nhằm khai thác các đặc tính tự nhiên của nguyên tử.
Ông kết hợp ion đồng mang điện tích dương với một phân tử có 4 nhánh. Phân tử này có nhóm hóa chất bị thu hút bởi các ion đồng ở cuối mỗi nhánh.
Khi hai thành phần này kết hợp, chúng tạo thành một tinh thể có cấu trúc trật tự và nhiều khoang rỗng, tựa như một viên kim cương chứa vô số hốc rỗng bên trong.
Robson nhanh chóng nhận ra tiềm năng của cấu trúc này, nhưng nó lại thiếu ổn định và dễ sụp đổ. Sau đó, các nhà khoa học Susumu Kitagawa và Omar Yaghi đặt nền móng vững chắc cho phương pháp này.
Trong giai đoạn 1992 - 2003, các nhà khoa học độc lập thực hiện hàng loạt khám phá mang tính cách mạng.
Kitagawa chứng minh các loại khí có thể đi vào và thoát ra khỏi khung tinh thể, đồng thời dự đoán MOF có thể linh hoạt. Trong khi đó, Yaghi tạo ra MOF có độ bền cao, chứng minh chúng có thể được thiết kế có chủ đích để mang những đặc tính mong muốn.
Từ các phát hiện tiên phong ấy, giới hóa học tổng hợp hàng chục nghìn loại MOF khác nhau, trong đó có UiO-67, CALF-20, MIL-101, NU-1501 được ứng dụng trong xử lý môi trường, năng lượng sạch và sản xuất công nghiệp như tách “hóa chất vĩnh cửu” (PFAS) khỏi nước, phân hủy dược chất tồn dư trong môi trường, thu giữ khí CO₂, hoặc hút ẩm, khai thác nước từ không khí sa mạc. Đây là những giải pháp có thể góp phần giải quyết những thách thức lớn nhất của nhân loại.
Theo Viện Hàn lâm Khoa học Hoàng gia Thụy Điển, một số vật liệu MOF này có diện tích bề mặt khổng lồ đến khó tin: chỉ một khối vật liệu xốp nhỏ bằng viên đường cũng có thể sở hữu diện tích bề mặt tương đương một sân bóng đá.
Ông Olof Ramström, thành viên Ủy ban Nobel Hóa học, ví rằng một lượng nhỏ vật liệu này chẳng khác nào chiếc túi thần kỳ của nhân vật Hermione Granger trong loạt truyện nổi tiếng Harry Potter, khi có thể tích trữ khối lượng khí khổng lồ trong thể tích cực kỳ nhỏ bé.
Giới nghiên cứu tin rằng MOF có thể trở thành “vật liệu của thế kỷ 21” nhờ khả năng tùy chỉnh cấu trúc và chức năng gần như vô hạn.
Với phát minh đột phá, các nhà khoa học: Kitagawa, Robson và Yaghi mở ra chương mới cho hóa học hiện đại, được xem là tiêu biểu cho triết lý “hóa học phục vụ hành tinh”.
Đến nay, nhà khoa học trẻ nhất từng nhận giải Nobel Hóa học là Frederic Joliot, được vinh danh năm 1935 khi mới 35 tuổi, cùng vợ là Irene Joliot-Curie, nhờ công trình tổng hợp các nguyên tố phóng xạ nhân tạo, bước ngoặt trong nghiên cứu hạt nhân.
Người cao tuổi nhất trong lịch sử giải thưởng này là nhà khoa học John B. Goodenough, nhận giải năm 2019 ở tuổi 97 cho đóng góp mang tính cách mạng trong phát triển pin lithium-ion, công nghệ nền tảng của các thiết bị điện tử và xe điện hiện đại.
Giáo sư Susumu Kitagawa, sinh năm 1951 hiện công tác tại Đại học Kyoto. Ông nghiên cứu trong lĩnh vực hóa học phối hợp, tập trung cụ thể vào hóa học của các hợp chất lai hữu cơ-vô cơ, cũng như các tính chất hóa học và vật lý của polymer phối hợp xốp và đặc biệt là MOF.
Giáo sư Richard Robson, sinh năm 1937, đang giảng dạy tại Đại học Melbourne (Úc), chuyên nghiên cứu về polymer phối hợp, đặc biệt là các cấu trúc MOF. Ông được xem là một trong những người tiên phong trong “kỹ thuật tinh thể” (crystal engineering) với kim loại chuyển tiếp.
Giáo sư Omar M. Yaghi, sinh năm 1965, hiện giảng dạy tại Đại học California, Berkeley. Ông là người tiên phong trong hóa học reticular, lĩnh vực liên quan đến việc “khâu” các khối phân tử bằng các liên kết bền để tạo ra khung mở có cấu trúc tinh thể.
