تم منح جائزة نوبل في الكيمياء لعام 2025 إلى سوسومو كيتاگاوا، وريتشارد روبسون، وعمر ياگي لريادتهم في الهياكل المعدنية-العضوية، وهي مواد مسامية قادرة على تخزين وإطلاق غازات مثل ثاني أكسيد الكربون. هذه الهياكل، التي تتجمع ذاتيًا من أيونات معدنية وجزيئات عضوية، لها إمكانيات هائلة لتطبيقات مثل التقاط الملوثات وحصاد الماء من الهواء. أشاد اللجنة بعملهم في إنشاء مواد يمكنها احتواء كميات هائلة من المواد في مساحات صغيرة.
في أواخر الثمانينيات، استوحى ريتشارد روبسون في جامعة ملبورن في أستراليا من الهيكل المنظم للماس لتطوير أول هياكل معدنية-عضوية (MOFs). استخدم أيونات معدنية كنقاط ربطها بجزيئات عضوية، مما يسمح لها بالتجمع الذاتي في هياكل ذات تجاويف كبيرة، أكبر بكثير من تلك في الماس. ومع ذلك، كانت MOFs الأولية لروبسون مليئة بالماء.
تقدم سوسومو كيتاگاوا في جامعة كيوتو في اليابان المجال من خلال إنشاء MOFs مستقرة بما يكفي لتجفيفها، مما يمكنها من امتصاص وإطلاق الغازات. "أظهر أن الغازات يمكن أخذها، امتصاصها من قبل المادة، ويمكن أيضًا إطلاقها من المادة"، قال أولوف رامستروم، عضو في لجنة نوبل للكيمياء. طور كيتاگاوا أيضًا MOFs تغير شكلها عند إضافة أو إزالة الغازات.
حسن عمر ياگي في جامعة كاليفورنيا، بيركلي، الاستقرار باستخدام مجموعات أيونات معدنية مع الزنك والأكسجين، مترابطة بروابط تحتوي على كربوكسيلات. "هذا هيكل مذهل لأنه كان مستقرًا للغاية. كان مستقرًا حتى 300 درجة مئوية"، لاحظ رامستروم. "لكن الأكثر إثارة للدهشة هو أنه يحتوي على مساحة سطح هائلة. لذا، بضع غرامات فقط من هذا المادة المسامية، تقريبًا بحجم مكعب سكر صغير، تحتوي على مساحة سطح تعادل ملعب كرة قدم كبير يبلغ عدة آلاف من الأمتار المربعة." كما أظهر ياگي أن الروابط الأطول يمكن أن تكبر التجاويف.
قارن هاينر لينكه، رئيس لجنة نوبل للكيمياء، المواد بـ"حقيبة هيرميوني في هاري بوتر"، مضيفًا: "يمكنها تخزين كميات هائلة من الغاز في حجم صغير." تم إنشاء عشرات الآلاف من MOFs منذ ذلك الحين، مع ظهور جديدة تقريبًا يوميًا، وفقًا لرامستروم. تشمل الاستخدامات المحتملة التقاط ثاني أكسيد الكربون من المداخن، إزالة المواد الكيميائية الأبدية، واستخراج الماء من هواء الصحراء.