Ngày 08/10, Viện Hàn lâm Khoa học Hoàng gia Thụy Điển đã công bố Giải Nobel Hóa học năm 2025 được trao cho 3 nhà khoa học Susumu Kitagawa (Nhật Bản), Richard Robson (Australia) và Omar M. Yaghi (Mỹ) vì những đóng góp đột phá trong phát triển vật liệu khung kim loại - hữu cơ (Metal-Organic Frameworks – MOFs), một loại vật liệu xốp có khả năng “giam giữ” khí, chất lỏng và các phân tử hóa học trong cấu trúc tinh thể siêu nhẹ. Theo Viện Karolinska, 3 nhà khoa học đã mở ra kỷ nguyên mới trong hóa học vật liệ, khi phát hiện ra cách kết hợp các ion kim loại với các phân tử hữu cơ để tạo ra cấu trúc tinh thể có không gian rỗng nhưng vẫn ổn định, linh hoạt và dễ tùy biến. Những vật liệu này được ví như “những miếng bọt biển phân tử”, có khả năng hấp thụ, lưu trữ và giải phóng các chất khí theo yêu cầu, từ đó mở ra tiềm năng to lớn trong xử lý môi trường, năng lượng và công nghiệp hóa học.
Câu chuyện của MOFs bắt đầu từ cuối những năm 1980, khi Giáo sư Richard Robson tại Đại học Melbourne lần đầu tiên đề xuất ý tưởng tạo ra một mạng tinh thể kết hợp kim loại và hợp chất hữu cơ. Tuy nhiên, vào thời điểm đó, những cấu trúc này rất không ổn định và dễ sụp đổ khi tiếp xúc với không khí hoặc dung môi.
Bước ngoặt xuất hiện vào giữa thập niên 1990, khi Susumu Kitagawa tại Đại học Kyoto (Nhật Bản) và Omar M. Yaghi tại Đại học California, Berkeley (Mỹ) tìm ra phương pháp ổn định các cấu trúc này, giúp chúng có thể giữ nguyên hình dạng, lưu trữ khí hoặc chất lỏng bên trong các “buồng rỗng” của mạng tinh thể. Yaghi gọi hướng nghiên cứu này là “hóa học mạng lưới” (reticular chemistry), khoa học về lắp ghép các khối phân tử như Lego để tạo nên những vật liệu hoàn toàn mới.
Từ đó, hàng chục nghìn loại MOF đã được phát triển, mỗi loại có thể được “thiết kế” riêng cho mục tiêu cụ thể: thu giữ CO₂ từ khí thải công nghiệp, thu nước từ không khí sa mạc, lưu trữ hydro hoặc methane, hoặc lọc bỏ các hợp chất độc hại như PFAS trong nước. Theo Ủy ban Nobel, chỉ một gam MOF cũng có thể sở hữu diện tích bề mặt tương đương một sân bóng đá, minh chứng cho sức chứa và khả năng ứng dụng khổng lồ của loại vật liệu này.
Hiện nay, các vật liệu MOF đã được nhiều công ty và viện nghiên cứu ứng dụng để giải quyết các thách thức lớn của thế kỷ 21, từ biến đổi khí hậu đến khủng hoảng năng lượng. Nhiều dự án sử dụng MOF để thu giữ CO₂ từ nhà máy điện, hoặc sản xuất nước sạch từ không khí khô ở các vùng sa mạc như Sahara và Trung Đông. Một số dạng MOF khác còn có khả năng lưu trữ hydro, mở đường cho phát triển nhiên liệu sạch cho ô tô và hàng không.
Hội đồng Nobel nhấn mạnh, giải thưởng năm nay tôn vinh không chỉ 3 nhà khoa học, mà còn một hướng đi mới trong khoa học vật liệu, nơi các nguyên tử được sắp đặt có chủ đích để phục vụ lợi ích nhân loại.”
Giáo sư Olle Kämpe - Chủ tịch Ủy ban Nobel Hóa học khẳng định: “Công trình của Kitagawa, Robson và Yaghi đã giúp thế giới hiểu rõ hơn cách tạo ra vật liệu có cấu trúc hoàn hảo ở cấp độ nguyên tử, đồng thời mở ra con đường cho các ứng dụng xanh trong tương lai”.
Ba nhà khoa học đoạt giải Nobel Hóa học 2025
Susumu Kitagawa, sinh năm 1951, giáo sư tại Đại học Kyoto (Nhật Bản). Ông là người tiên phong trong việc phát triển MOFs có độ bền cao và khả năng tái sinh, được ứng dụng trong tách khí và lưu trữ năng lượng.
Richard Robson, sinh năm 1946, giáo sư danh dự tại Đại học Melbourne (Australia). Ông là người đầu tiên đề xuất khái niệm “khung kim loại-hữu cơ” vào cuối thập niên 1980, đặt nền móng cho lĩnh vực vật liệu xốp hiện đại.
Omar M. Yaghi, sinh năm 1965 tại Jordan, hiện là giáo sư Hóa học tại Đại học California, Berkeley (Mỹ). Ông được xem là “cha đẻ của hóa học mạng lưới” (reticular chemistry), phương pháp lắp ráp có định hướng các cấu trúc tinh thể từ các khối phân tử, và là người sáng lập nhiều viện nghiên cứu về vật liệu xanh và năng lượng sạch.
