انقلاب در معماری مولکولی: برندگان جایزه نوبل شیمی ۲۰۲۵ معرفی شدند
جهان علم امروز شاهد یک لحظه تاریخی دیگر بود. آکادمی سلطنتی علوم سوئد در استکهلم، برندگان جایزه نوبل شیمی سال ۲۰۲۵ را اعلام کرد. این جایزه معتبر امسال به طور مشترک به سه دانشمند پیشگام برای پژوهش های انقلابی آن ها در زمینه طراحی و سنتز چارچوب های آلی فلزی (Metal-Organic Frameworks یا MOFs) اهدا شد. این کشف، که به عنوان نوعی معماری مولکولی نوین توصیف می شود، پتانسیل حل برخی از بزرگترین چالش های بشریت، از جمله کمبود آب، آلودگی محیط زیست و ذخیره سازی انرژی پاک را دارد.
این سه دانشمند با خلق ساختارهای اسفنج مانند در مقیاس مولکولی، دریچه ای نو به سوی آینده ای پایدار گشوده اند. این چارچوب ها که از یون های فلزی متصل به مولکول های آلی ساخته شده اند، دارای حفره های منظمی هستند که می توانند مولکول های خاصی را به دام بیندازند، ذخیره کنند یا آزاد سازند. در این مقاله به معرفی کامل این سه چهره برجسته علمی و جزئیات دستاورد شگفت انگیز آنها می پردازیم.
لیست اسامی برندگان نوبل شیمی ۲۰۲۵
در مراسمی که امروز، چهارشنبه ۱۶ مهرماه (۸ اکتبر ۲۰۲۵)، ساعت ۱۳:۱۵ به وقت تهران برگزار شد، نام سه دانشمند به عنوان برندگان نهایی جایزه نوبل شیمی اعلام شد. این جایزه به طور مشترک به پاس تلاش های بنیادین آنها در توسعه “چارچوب های آلی فلزی” اهدا گردید.
سوسومو کیتاگاوا (Susumu Kitagawa) از ژاپن
پروفسور سوسومو کیتاگاوا، متولد ۴ ژوئیه ۱۹۵۱، یک شیمی دان برجسته ژاپنی و استاد در دانشگاه کیوتو است. او به عنوان یکی از بنیان گذاران و مدیران مؤسسه علوم مواد سلولی یکپارچه (iCeMS) شناخته می شود. کیتاگاوا یکی از اولین دانشمندانی بود که نشان داد این ساختارهای متخلخل می توانند به صورت “پویا” رفتار کنند؛ یعنی می توانند شکل حفره های خود را در واکنش به مولکول های میهمان تغییر دهند. این کشف، که به “اثر دروازه” (gating effect) معروف است، کاربردهای این مواد را در جداسازی گازها به شدت افزایش داد.
ریچارد رابسون (Richard Robson) از استرالیا
پروفسور ریچارد رابسون، متولد ۴ ژوئن ۱۹۳۷ در انگلستان، استاد شیمی در دانشگاه ملبورن استرالیا است. او به عنوان یکی از پیشگامان “مهندسی کریستال” با استفاده از فلزات واسطه شناخته می شود. کارهای اولیه رابسون در دهه ۱۹۹۰ میلادی، پایه های نظری ساخت شبکه های گسترده و منظم با استفاده از اصول طراحی منطقی را بنا نهاد. او نشان داد که چگونه می توان با انتخاب دقیق بلوک های سازنده فلزی و آلی، ساختارهایی با توپولوژی های از پیش تعیین شده خلق کرد که سنگ بنای توسعه MOFها شد.
عمر مونس یاغی (Omar M. Yaghi) از آمریکا
پروفسور عمر مونس یاغی، متولد ۹ فوریه ۱۹۶۵ در امان، اردن، یک شیمی دان برجسته و استاد شیمی در دانشگاه کالیفرنیا، برکلی است. پروفسور یاغی به دلیل ابداع اصطلاح “شیمی شبکه ای” (Reticular Chemistry) و سنتز برخی از معروف ترین و پرکاربردترین MOFها شهرت جهانی دارد. او توانست چارچوب هایی با سطح ویژه بسیار بالا (مساحت داخلی عظیم) بسازد که رکورددار جذب گاز هستند. کارهای او مسیر را برای کاربردهای عملی این مواد در ذخیره سازی هیدروژن، جذب دی اکسید کربن و حتی برداشت آب از هوای خشک بیابان هموار کرده است.
چارچوب های آلی فلزی (MOFs): دستاورد شگفت انگیز برندگان نوبل
اما دستاوردی که این سه دانشمند را شایسته دریافت معتبرترین جایزه علمی جهان کرد دقیقاً چیست؟ چارچوب های آلی فلزی یا MOFها، دسته ای از مواد کریستالی و متخلخل هستند که از اتصال گره های فلزی (یون ها یا خوشه های فلزی) به مولکول های اتصال دهنده آلی (لینکرها) تشکیل شده اند. این ساختارها را می توان مانند مجموعه ای از لگوهای مولکولی تصور کرد که به طور منظم و بی نهایت در سه بعد تکرار می شوند.
ویژگی منحصربه فرد MOFها، تخلخل بسیار بالا و قابل تنظیم بودن آنهاست. سطح ویژه داخلی برخی از این مواد می تواند به بیش از ۷۰۰۰ متر مربع بر گرم برسد؛ یعنی یک گرم از این ماده، مساحتی معادل یک زمین فوتبال را در خود جای داده است! این حفره های بزرگ و منظم می توانند مولکول های مختلفی را در خود جای دهند و به همین دلیل کاربردهای بالقوه فراوانی دارند:
- جذب و ذخیره گازها: این مواد می توانند مقادیر زیادی گاز مانند هیدروژن (برای سوخت پاک) و دی اکسید کربن (برای کاهش اثرات گلخانه ای) را در فشار پایین ذخیره کنند.
- برداشت آب از هوا: برخی MOFها قادرند حتی در رطوبت بسیار کم، بخار آب را از هوای بیابان جذب کرده و سپس با گرمای اندک خورشید، آب مایع خالص آزاد کنند.
- تصفیه آب و هوا: با تنظیم اندازه حفره ها، می توان از MOFها به عنوان فیلترهای مولکولی برای حذف آلاینده های خاص از آب یا هوا استفاده کرد.
- کاتالیز و دارورسانی: این ساختارها می توانند به عنوان میزبان برای کاتالیزورها عمل کنند یا دارو را در حفره های خود حمل کرده و به صورت کنترل شده در بدن آزاد نمایند.
دانستنی های جالب درباره جایزه نوبل شیمی
جایزه نوبل شیمی، که از سال ۱۹۰۱ میلادی اهدا می شود، تاریخچه ای غنی و پر از نکات خواندنی دارد. این جایزه تاکنون ۱۱۶ بار به ۱۹۵ دانشمند برجسته اهدا شده است که دستاوردهایشان مسیر علم شیمی و زندگی بشر را دگرگون کرده است.
در طول تاریخ، تنها دو دانشمند، فردریک سنگر و بری شارپلس، موفق به دریافت دو جایزه نوبل شیمی شده اند. همچنین، ماری کوری به عنوان تنها فردی که در دو رشته علمی مختلف (فیزیک در ۱۹۰۳ و شیمی در ۱۹۱۱) نوبل گرفته، جایگاه ویژه ای در این تاریخ دارد. تا پیش از سال ۲۰۲۵، تنها ۸ زن موفق به کسب این افتخار شده بودند. جوان ترین برنده این جایزه فردریک ژولیو با ۳۵ سال سن و مسن ترین آن جان بی. گودیناف با ۹۷ سال سن بوده اند که نشان می دهد تلاش علمی هیچ محدودیت سنی نمی شناسد.
نظرات کاربران