A fémionokból és szerves összekötőkből épített molekuláris vázak megalkotóit jutalmazták az idei kémiai Nobel-díjjal

A kitüntetettek korábban nem ismert, új molekulacsaládot hoztak létre. Szerkezetüket a többkarú fémionok határozzák meg, amelyeket hosszú szénláncú szerves molekulák kötnek össze. A kialakuló háromdimenziós kristályszerkezetben szabályos, összefüggő csatornarendszeren keresztül áramolhat a kezelni kívánt közeg. Az így létrehozott fémorganikus térháló komponensei és belső csatornaméretei szabadon változtathatók, így a szerkezet különböző anyagok megkötésére tehető alkalmassá. Bizonyos MOF-ok az elektromos áram vezetésére is képesek, vagy meghatározott kémiai reakciókat katalizálhatnak.

Susumu Kitagawa, Richard Robson és Omar M. Yaghi Forrás: Ill. Niklas Elmehed © Nobel Prize Outreach

Heiner Linke, a kémiai Nobel-bizottság elnöke elmondta, hogy „a fémorganikus térhálós vegyületek családjában hatalmas lehetőségek rejlenek, hiszen e tetszés szerint felépített anyagokat a legkülönfélébb funkciókkal ruházhatjuk fel”.
A MOF-ok kutatása 1989-ben kezdődött, amikor Richard Robson az alkotóegységek új típusú felhasználását vizsgálta. Pozitív töltésű, „kétkarú” rézionokat és „négykarú” szerves molekulákat kapcsolt össze. Az így létrejött komplexek szabályos kristályrácsot alkottak. Az új anyag bizonyos tulajdonságaiban a gyémánthoz hasonlított, ugyanakkor rendkívül porózus volt.

A vegyész hamar felismerte a felfedezett struktúrában rejlő óriási lehetőségeket annak ellenére, hogy akkori formájában a szerkezet még túl instabil volt. A másik két díjazott, Susumu Kitagawa és Omar Yaghi 1992 és 2003 között Robson eredményeire alapozva olyan eljárásokat dolgozott ki, amelyekkel a fémionokból és a hozzájuk kapcsolódó szerves egységekből stabil, szilárd szerkezeteket lehetett építeni. Kitagawa mutatta ki, hogy a gázok képesek átáramlani a MOF-okon, és hogy ezek a vázak akár rugalmas szerkezetűek is lehetnek, ami tovább szélesíti az alkalmazási lehetőségeket. Yaghi tovább növelte a vázak stabilitását, és továbbfejlesztette a szintézisük módszertanát, hogy a létrejövő szerkezet tulajdonságai még inkább megfeleljenek a kívánt céloknak.

A kitüntetettek felfedezései óta eltelt évtizedekben a kémikusok már több tízezer különféle fémorganikus térhálót szintetizáltak. Ezek némelyike az emberiség legsúlyosabb környezeti problémáinak megoldásához is hozzájárulhat: léteznek olyan MOF-ok, amelyek képesek eltávolítani az úgynevezett „örök szennyezőanyagokat” a vízből, mások a szén-dioxidot vonják ki a levegőből, a gyógyszermaradványokat az ivóvízből, vagy éppen a vízpárát gyűjtik be még a legszárazabb sivatagi levegőből is.