Nobel Hóa học vinh danh cấu trúc khung kim loại - hữu cơ

Giải Nobel Hóa học năm nay đã vinh danh 3 nhà khoa học với công trình phát triển cấu trúc có tính ứng dụng trong lưu trữ năng lượng và giải quyết ô nhiễm môi trường.

Viện Hàn lâm khoa học Hoàng gia Thụy Điển hôm qua (8.10) đã công bố giải Nobel Hóa học năm nay thuộc về 3 nhà khoa học Susumu Kitagawa (Đại học Kyoto, Nhật Bản), Richard Robson (Đại học Melbourne, Úc), Omar Yaghi (Đại học California, Berkeley tại Mỹ), với công trình "phát triển khung kim loại - hữu cơ".

Tính ứng dụng cao

Các nhà khoa học nêu trên đã tạo ra một cấu trúc phân tử mới, với khoảng trống lớn mà khí gas và những hóa chất khác có thể chảy qua, cho phép các phân tử đi vào và thoát ra. Cấu trúc này được gọi là khung kim loại - hữu cơ (MOF). Chúng đã được ứng dụng trong thực tế, như thu được nước từ không khí sa mạc, loại bỏ chất ô nhiễm trong nước, hấp thụ CO2.

Đặc điểm nổi bật của MOF là chúng có thể được tùy chỉnh để hấp thụ những chất hóa học đặc thù. Dựa trên nghiên cứu của 3 ông Kitagawa, Robson và Yaghi, những nhà khoa học khác đã tạo ra nhiều loại vật liệu ứng dụng MOF với những mục đích khác nhau. Vật liệu MOF đã được một số doanh nghiệp đầu tư sản xuất và thương mại hóa, dù phần lớn chỉ đang ở quy mô nhỏ.

Theo Ủy ban Nobel, vật liệu MOF đang mang đến một số thành tựu. Chẳng hạn, ngành công nghiệp điện tử hiện nay có thể ứng dụng MOF để lưu trữ những loại khí cần thiết cho sản xuất chất bán dẫn. Một số vật liệu MOF khác có thể phân hủy khí có hại, ngay cả những chất được dùng làm vũ khí hóa học. Ngoài ra, có những công ty đang thử nghiệm vật liệu có khả năng hấp thụ CO2 từ nhà máy công nghiệp, nhà máy điện, qua đó giảm phát thải nhà kính.

Bổ trợ cho nhau

Ba nhà khoa học đã có những nghiên cứu riêng biệt, song đã bổ trợ cho nhau để tạo ra cấu trúc MOF ổn định và đa dạng. Ông Robson đã đặt những viên gạch đầu tiên vào năm 1989, khi nghiên cứu nguyên tử và tạo ra một cấu trúc tinh thể với nhiều khoảng trống, tuy nhiên chúng lại kém ổn định. Những năm sau đó, nghiên cứu của ông Kitagawa cho thấy MOF có thể hấp thụ và giải phóng khí, trong khi ông Yaghi đã tạo ra được cấu trúc MOF ổn định và có thể điều chỉnh cho nhiều mục đích sử dụng.

Trong tuyên bố ngày 8.10, Ủy ban Nobel viết: "Thông qua việc phát triển các khung kim loại - hữu cơ, các nhà khoa học đã trao cho giới hóa học những công cụ mới để giải quyết các thách thức lớn mà nhân loại đang đối mặt". Ủy ban cho hay một số nhà nghiên cứu tin rằng MOF có tiềm năng to lớn và có thể trở thành "vật liệu của thế kỷ 21".

Trả lời phỏng vấn sau khi giải Nobel Hóa học được công bố, ông Kitagawa cho biết: "Tôi vô cùng vinh dự và vui mừng khi nghiên cứu lâu dài của tôi đã được công nhận". Trong khi đó, ông Yaghi nói rằng: "Tôi quyết tâm xây dựng những thứ đẹp đẽ và giải quyết các vấn đề mang tính tri thức". Chia sẻ với Ủy ban Nobel, ông Kitagawa bày tỏ: "Ước mơ của tôi là có thể thu thập không khí, tách và chuyển đổi các khí thành vật liệu hữu ích bằng cách sử dụng năng lượng tái tạo".