Teksti Kemia-lehti, kuvat Niklas Elmehed © Nobel Prize Outreach
Susumu Kitagawa, Richard Robson ja Omar M. Yaghi ovat kehittäneet täysin uudenlaisen molekyylirakenteen. Keksinnön ansiosta ilmasta voitaisiin poistaa hiilidioksidia ja vedestä haitallisia PFAS-ikuisuuskemikaaleja.
Palkitut ovat kehittäneet täysin uudenlaisen molekyylirakenteen. Heidän luomansa metalli-orgaaniset kehykset sisältävät suuria huokosia, joihin molekyylit pääsevät kulkemaan sisään ja ulos. Näitä rakenteita on jo hyödynnetty esimerkiksi veden keräämiseen aavikon kuivasta ilmasta, veden epäpuhtauksien poistamiseen, hiilidioksidin talteenottoon sekä vedyn varastointiin.
Ruotsin akatemia julkisti kemian Nobelin voittajat 8.10.2025 puolilta päivin.
Keksintö luo mahdollisuuksia hillitä ilmastonmuutosta.
Susumu Kitagawa, Richard Robson ja Omar Yaghi ovat kehittäneet uudenlaisen molekyyliarkkitehtuurin. Heidän rakenteissaan metalli-ionit toimivat kulmakivinä, joita yhdistävät pitkät orgaaniset (hiilipohjaiset) molekyylit. Yhdessä metalli-ionit ja molekyylit järjestäytyvät muodostamaan kiteitä, joissa on suuria onkaloita.
Näitä huokoisia materiaaleja kutsutaan metalli-orgaanisiksi kehyksiksi (MOF, metal-organic framework). Vaihtelemalla MOFien rakennuspalikoita kemistit voivat suunnitella niitä sitomaan ja varastoimaan tiettyjä aineita. MOFit voivat myös toimia kemiallisten reaktioiden katalyytteinä tai johtaa sähköä.
”Metalli-orgaanisilla kehyksillä on valtava potentiaali: ne avaavat täysin uusia, aiemmin ennennäkemättömiä mahdollisuuksia räätälöidyille materiaaleille ja uusille toiminnoille,” sanoi Heiner Linke, kemian Nobel-komitean puheenjohtaja.
Näin kehitys eteni vuodesta 1989
Vuonna 1989 Richard Robson testasi atomien luontaisten ominaisuuksien hyödyntämistä uudella tavalla. Hän yhdisti positiivisesti varautuneita kupari-ioneja nelikätiseen molekyyliin, jonka jokaisen haaran päässä oli kuparia vetävä kemiallinen ryhmä.
Kun nämä yhdistettiin, ne sitoutuivat muodostaen hyvin järjestäytyneen, tilavan kiteen. Se oli kuin timantti, joka oli täynnä lukemattomia onkaloita.
Robson ymmärsi heti molekyylirakenteensa potentiaalin, mutta se oli epävakaa ja romahti helposti.
Susumu Kitagawa ja Omar Yaghi antoivat kuitenkin tälle rakennusmenetelmälle vankan perustan: vuosina 1992–2003 he tekivät toisistaan riippumatta sarjan mullistavia löytöjä.
Kitagawa osoitti, että kaasut voivat virrata rakenteisiin ja ulos niistä. Hän ennusti, että MOFeista voisi tehdä joustavia.
Yaghi puolestaan loi erittäin vakaan MOFin ja osoitti, että sitä voidaan muokata rationaalisen suunnittelun avulla, jolloin sille voidaan antaa uusia, toivottuja ominaisuuksia.
Palkittujen uraauurtavien löytöjen jälkeen kemistit ovat rakentaneet kymmeniä tuhansia erilaisia MOFeja. Osa niistä voi auttaa ratkaisemaan ihmiskunnan suurimpia haasteita.
Sovelluksia ovat esimerkiksi PFAS-yhdisteiden erottaminen vedestä, lääkejäämien hajottaminen ympäristöstä, hiilidioksidin talteenotto ja veden kerääminen aavikkoilmasta.
Teksti on suomennettu englannista tekoälyn avulla. Lue alkuperäinen teksti, nobelprize.org.
Lue viime vuoden nobelisteista:
Kemian Nobel proteiinien rakenteiden koodin ratkaisijoille
Tekoäly nousi esiin vuoden 2024 Nobel-palkinnoissa – ”Onko tämä osa tekoälyhypeä?”
