Tegoroczni laureaci Nagrody Nobla w dziedzinie chemii – Susumu Kitagawa, Richard Robson i Omar Yaghi – zostali wyróżnieni za opracowanie nowatorskiej formy architektury molekularnej, która pozwala na tworzenie przestrzennych, porowatych struktur zdolnych do przechowywania i transportu gazów oraz innych związków chemicznych.

Laureaci opracowali tzw. metalowo-organiczne struktury ramowe (MOF – metal–organic frameworks), w których jony metali pełnią funkcję „klocków narożnych”, łączonych długimi, organicznymi (węglowymi) cząsteczkami. Wspólnie tworzą one uporządkowane kryształy z dużymi wnękami i kanałami. Dzięki temu chemicy mogą projektować MOF-y tak, aby wychwytywały konkretne substancje, przewodziły reakcje chemiczne lub przewodziły prąd.

„Metalowo-organiczne struktury ramowe oferują ogromny potencjał, otwierając drogę do materiałów o nowych funkcjach, które wcześniej wydawały się niemożliwe” – podkreśla Heiner Linke, przewodniczący Komitetu Noblowskiego w dziedzinie chemii.

Początek prac nad MOF-ami sięga 1989 roku, kiedy Richard Robson po raz pierwszy połączył dodatnio naładowane jony miedzi z cząsteczką czteroramienną, tworząc kryształ wypełniony licznymi wnękami. Choć konstrukcja była wówczas niestabilna, to późniejsze badania Susumu Kitagawy i Omara Yaghiego doprowadziły do stworzenia stabilnych i modyfikowalnych MOF-ów. Kitagawa wykazał, że gazy mogą przepływać w strukturach i przewidział możliwość tworzenia elastycznych MOF-ów, natomiast Yaghi opracował bardzo stabilną ramę i pokazał, jak nadawać jej pożądane właściwości poprzez projektowanie molekularne.

Dziś naukowcy zbudowali dziesiątki tysięcy różnych MOF-ów. Ich zastosowania obejmują m.in. oczyszczanie wody z toksycznych substancji, wychwytywanie dwutlenku węgla, odzyskiwanie wody z powietrza pustynnego czy wspomaganie reakcji chemicznych w procesach przemysłowych. Rozwój tych struktur może w przyszłości przyczynić się do rozwiązywania niektórych z największych wyzwań ludzkości.