2025 Nobel Kimya Ödülü
(nobelprize.org)- Susumu Kitagawa, Richard Robson, Omar M. Yaghi, metal-organik kafeslerin (MOF) geliştirilmesiyle 2025 Nobel Kimya Ödülü'nü kazandı
- MOF'ler, büyük boşluklara (cavity) sahip moleküler mimariler olup su molekülü depolama, karbon yakalama, hidrojen depolama ve kirleticileri giderme gibi çeşitli kullanım potansiyellerine sahip
- Yenilikçi MOF'lerin ilk tasarımı ve pratik kullanıma geçirilmesi sayesinde on binlerce türde özel amaçlı kimyasal malzeme geliştirilmesi mümkün hale geldi
- Mevcut malzemelerden farklı olarak MOF'ler, esneklik, çeşitli moleküler kombinasyonlar ve yüksek işlevsellik gibi alanlarda özgün avantajlar sunuyor
- MOF'ler, araştırma ve sanayi alanlarında yeni kimyasal çözümler ortaya koyarak 21. yüzyılın temel malzemelerinden biri olarak yükseliyor
Yeni kimya için uzam yaratmak: 2025 Nobel Kimya Ödülü
Genel bakış
- 2025 Nobel Kimya Ödülü, Susumu Kitagawa, Richard Robson, Omar M. Yaghi'ye verildi
- Bu üç isim, metal-organik kafesler (MOF, Metal–Organic Frameworks) adı verilen yenilikçi moleküler yapıları geliştirdi
- MOF'ler, içlerinde çok büyük boşluklar (cavity) barındıran yapılardır ve çeşitli moleküllerin girip çıkmasına olanak tanır
- Bu sayede çöl atmosferinden su elde etme, kirleticileri giderme, karbondioksit yakalama, hidrojen depolama gibi çok sayıda yenilikçi uygulama mümkün oldu
MOF'lerin doğuşu ve fikir temeli
Ahşap molekül modelinden doğan fikir (Richard Robson)
- 1974'te Richard Robson, öğrenci eğitimi için ahşap molekül modeli yaparken atomların bağlanma biçiminden ilham aldı
- Karbon gibi dört yöne bağlanan metal iyonlarını (copper ion) ve dört kollu organik molekülleri birleştirme fikrini geliştirdi
- Sonuç olarak, içinde çok büyük boşluklar bulunan düzenli bir moleküler kristali ilk kez oluşturdu
- 1989'da bu yenilikçi yapıyı yayımlayarak yeni bir malzeme tasarlama yöntemini öngördü
Deneyler ve geleceğe dönük öneri
- Robson, çeşitli iyon ve molekülleri birleştirerek boşluklu yapılar oluşturdu ve iç iyon değişiminin gerçekten mümkün olduğunu deneysel olarak gösterdi
- Bu yapılar, seçici kimyasal reaksiyon katalizi gibi yeni nesil kimyasal malzemelere genişleme potansiyeli sundu
- O dönemde bu yapılar kararsızdı, ancak ileriye dönük yaklaşımı sonraki araştırmacılara ilham verdi
Kitagawa ve Yaghi'nin bağımsız öncülüğü
Kitagawa: “İşe yaramaz olanın yararı”
- Susumu Kitagawa, “işe yaramaz olanın yararı” ilkesiyle, başlangıçta belirgin bir kullanım alanı olmayan gözenekli moleküler yapılar geliştirdi
- 1992'de bakır iyonu tabanlı iki boyutlu bir yapı yayımladı; 1997'de ise dayanıklı ve gaz depolayabilen üç boyutlu bir MOF gerçekleştirdi
- Mevcut zeolite ile karşılaştırıldığında MOF'ler, malzeme esnekliği ve yapıyı oluşturan moleküllerin çeşitliliği gibi kendine özgü güçlü yönlere sahipti
- 1998'de MOF'lerin esneklik kavramını ortaya koyarak akademi dünyasına yeni bir paradigma sundu
Yaghi: atom ölçeğinde tasarım ısrarı
- Omar Yaghi, zorlu koşullarda büyürken moleküler yapılara karşı derin bir merak geliştirdi
- 1992'de Arizona State University'de rasyonel moleküler tasarım denemelerine girişti ve metal iyonları ile organik molekülleri birleştirerek iki boyutlu bir MOF yayımladı
- 1995'te “metal–organic framework” terimini ilk kez önererek MOF alanına gerçek anlamda yön verdi
- 1999'da MOF-5 adlı temsilî malzemeyi geliştirdi ve yalnızca 2–3 g ile bir futbol sahası büyüklüğünde iç yüzey alanı sunabildiğini gösterdi
- 2002–2003 yıllarında, farklı boşluk boyutlarına sahip MOF'lerin avantajlı biçimde tasarlanabileceğini kanıtladı
MOF'lerin uygulamaları ve etkisi
Birçok alanda yenilikçi kullanım
- MOF'ler moleküler ölçekte özelleştirilebildiği için su emme, gaz depolama, ilaç taşıma, zehirli gaz yakalama, kirleticileri parçalama gibi onlarca yüksek işlevli uygulamaya olanak tanır
- Yaghi grubu, çöl atmosferinden su elde etme gibi örneklerle gerçek kullanım potansiyelini kanıtladı
- UiO-67, MIL-101, ZIF-8, CALF-20, NU-1501 gibi MOF malzemeleri; hidrojen/karbondioksit depolama, PFAS giderimi, nadir toprak elementlerinin çıkarılması gibi alanlarda sanayide deneysel olarak uygulanıyor
21. yüzyılın geleceğin malzemesi beklentisi
- MOF'ler şu anda küçük ölçekli araştırma ve prototip üretim aşamasında olsa da seri üretim ve ticarileştirme çalışmaları ciddi biçimde ilerliyor
- Elektronik sanayisinde zararlı gazların depolanması, karbon yakalama ve hidrojen depolama gibi iklim ve çevre sorunlarına çözüm olarak da öne çıkıyor
- Pek çok araştırmacı, MOF'lerin 21. yüzyılı temsil eden yeni nesil malzemelerden biri olacağını öngörüyor
Başlıca ödül sahiplerinin geçmişi
- Susumu Kitagawa: 1951'de Japonya'nın Kyoto kentinde doğdu, Kyoto University'de doktora yaptı, Kyoto University profesörü
- Richard Robson: 1937'de Birleşik Krallık'ta doğdu, Oxford University'de doktora yaptı, University of Melbourne profesörü
- Omar M. Yaghi: 1965'te Ürdün'ün Amman kentinde doğdu, University of Illinois'de doktora yaptı, UC Berkeley profesörü
Ek bilgi
- Daha ayrıntılı bilimsel arka plan ve kaynaklar www.nobelprize.org üzerinde sunuluyor
- Ödülle ilgili video, konferans ve sergi bilgileri Nobel Prize Museum resmî sitesinde bulunabilir
Metal-organik kafeslerin geliştirilmesiyle 2025 Nobel Kimya Ödülü
Susumu Kitagawa, Richard Robson, Omar M. Yaghi
“for the development of metal–organic frameworks”
© The Royal Swedish Academy of Sciences
1 yorum
Hacker News görüşleri
Ödül sahiplerini tebrik ediyor, bunun gerçekten hak edilmiş bir başarı olduğunu söylüyor Kısaca açıklamak gerekirse, sünger benzeri gözenekli malzemeler reaksiyon hızını artırmak ve molekülleri (su, CO2, kirleticiler vb.) yakalayıp salmak için faydalı; yüzey alanı ne kadar büyükse o kadar değerli oluyor Eskiden çoğunlukla zeolitler (doğal ve sentetik alüminosilikat mineralleri) kullanılıyordu, ancak sentetik zeolitler neredeyse tamamen deneme-yanılma ile yapılıyordu MOF'lar (Metal-Organic Framework) ise önceden tasarlanabiliyor ve yüzey alanları zeolitlerden çok daha büyük olabiliyor (zeolitler genelde 20-400 m2/gram, MOF'lar ise 1000-7000+ m2/gram) MOF'lar hâlâ pahalı olduğu için şimdilik zeolit kullanmak zorunda kalınıyor, ancak artık Amazon'dan bile MOF satın alınabilecek kadar erişilebilir hâle geldikleri ve ileride basit MOF'ların fiyatının düşmesinin beklendiği söyleniyor
"Aha!" anına dair hikâye, bana fikirlerle fiziksel olarak uğraşma konusunda ilham verdiğini söylüyor Ahşap topları geri alıp molekül modeli yapmayı denemiş ve bilginin deliklerin konumunda saklı olduğunu fark etmiş Doğru şekil ve yapı kendiliğinden oluşmuş, bu da atomların özelliklerinden yararlanarak yeni moleküler yapılar tasarlama fikrine yol açmış
<Surely You Must Be Joking, Mr. Feynman> kitabında Richard Feynman'ın, fikirleri tıkandığında restoranda dönen bir tabağı izlerken düşünmeye başlayıp matematiksel ilişkiyi araştırdığı anekdotu aklına geliyor O sırada yaptığı matematiğin kendisinin özel bir amacı yokmuş, ama sonradan Nobel Ödülü almasına kritik katkı sağlamış Verilmek istenen mesajın, oyunun gücünü asla küçümsememek olduğu söyleniyor
Bu malzemelerin gerçekten devasa iç yüzey alanına sahip, gerçek hayattaki bir Menger süngerine benzediği söyleniyor 15 yıl önce desülfürizasyon katalizörleri (ham petroldeki kükürt bileşenlerini uzaklaştırarak yakıtın kötü kokmamasını sağlayan katalizörler) üreten bir şirkette staj yaparken, kullanımı kolay ve havada kararlı birkaç MOF yapılmış Akışkan ile katalizör arasındaki reaksiyon katalizör yüzeyinde gerçekleştiği için, yüzey alanı büyüdükçe reaksiyon hızı ve etkinliği artıyor Makaleleri takip ederek MOF'ları yeniden üretmeyi denemiş ve iç yüzey alanının gerçekten inanılmaz büyük olması şirketteki herkesi şaşırtmış Sadece deneyi tekrarlayıp yüzey alanını ölçmesine rağmen en yüksek dereceyi aldığını, bu yüzden MOF'u geliştiren Yaghi ve ekibine teşekkür ettiğini ve bunu hep güzel bir anı olarak hatırladığını söylüyor
Bunları laboratuvarda denemenin güzel olduğunu, ama gerçek endüstride kullanılacaksa patent veya lisans sorunları yüzünden pahalı kullanım ücretlerinden endişe edilip edilmeyeceğini soruyor
"Devasa iç yüzey alanına sahip gerçek bir Menger süngeri" ifadesine, sanki hep oradaymış gibi esprili bir yanıt veriyor
MOF'ların son 10 yılda kimya dünyasının "ateşli" konusu olduğunu, bu yüzden ödülün çok da şaşırtıcı olmadığını ve kazananları tebrik ettiğini söylüyor
Açıklamanın gerçekten çok iyi yazıldığını, ama birkaç can sıkıcı nokta olduğunu söylüyor ‘metal–organic’ ifadesinde kısa çizgi yerine en dash kullanılması ve “the ions and molecules inherent attraction…” ifadesinde iyelik apostrofunun eksik olması gözüne batmış
İkinci apostrof eksikliğinin yalnızca bir yazım hatası olduğunu, ama ilkinde en dash kullanımının tamamen doğru ve hoş göründüğünü söylüyor Wikipedia örneğinde olduğu gibi en dash'in ilişki ifade etmek için kullanıldığını, makalede ve tweette bunun tutarlı biçimde kullanılmasının etkileyici olduğunu belirtiyor en dash ile ilgili Wikipedia bağlantısı
Bir İsveçlinin İngilizce apostroflarla uğraşmaya alışık olmamasının, İngilizce yazarken hata yapmayı kolaylaştırdığını; tersinin de geçerli olduğunu söylüyor
Bugünlerde kısa çizgi, en dash ve em dash arasındaki farkı bilen neredeyse kimse kalmadığını, internet ortamında fontlar ve karakter setleri değiştikçe hataların daha da arttığını söylüyor Daktilo dönemindeki gibi '-' ile kısa çizgi ve en dash, ' -- ' ile em dash ayrımını yapan bir geleneğin yerleşmediğini belirtiyor Microsoft Word'ün etkisinin de büyük olduğunu ekliyor Apostrof hatasının ise savunulacak bir tarafı olmadığını vurguluyor
Kitagawa profesörünün <takumigokoro> (匠心, ustanın kalbi) kavramı için, atıf yapılan Taoist Zhuangzi hikâyesinin biraz daha açıklanması gerektiğini söylüyor Marangoz Lu Ban'ın karmaşık ama kullanışlı yapılar yapmada çok başarılı olduğu, ancak yalnızca faydayı kovaladığı için sonunda aslında istediği ölümsüzlüğe ulaşamadığına dair efsaneyi anlatıyor Zhuangzi'nin, Lu Ban'ın ‘işe yaramazlığın yararı’nı kavrayamadığını düşündüğünü, fakat gerçekte Lu Ban'ın zanaatkârlar tarafından bir tanrı gibi yüceltildiğini ekliyor
Organik kimyayla malzeme tasarlamanın en havalı yolunun, kendi küçük Lego bloklarını tasarlayıp bunların kendiliğinden muazzam büyük yapılara dönüşecek şekilde birleşmesini sağlamak olduğu söyleniyor
Beklendiği gibi pratik kullanıma geçerse, MOF uygulama alanlarının gerçekten olağanüstü olacağı söyleniyor
Çölde bile havadan su elde edilebilirse bunun muazzam bir değişim olacağı, gerçi havanın fazla kuruyup kurumayacağını merak ettiğini ama bunun yönetilebilir olacağını düşündüğünü söylüyor
CO2'nin yer altına depolanarak sera gazı sorununun çözülebileceğini, doğal gaz endüstrisinde zaten gaz yakalama teknolojilerinin bulunduğunu söylüyor Geriye sadece atmosferden saf CO2 yakalama yöntemini bulmak kalıyor; MOF'ların bunu mümkün kılacak en iyi teknoloji olmasının beklendiğini ekliyor
Atmosferden saf CO2 yakalamak için gereken kaynakların hayal edilenden çok daha büyük olacağını belirtiyor
Havadan su çekme teknolojisinin daha iyi nem alıcılara yol açıp açamayacağını soruyor
Makalede kullanılan birimlerin kafa karıştırıcı olduğunu söylüyor Örneğin, "birkaç gram MOF-5'in bir futbol sahası kadar alana sahip olduğu" deniyor; ama gram bir kütle birimi, futbol sahası ise iki boyutlu alan, aralarındaki ilişkinin ne olduğunu anlamadığını söylüyor Acaba birkaç gram MOF-5'in 1 atmosfer basınçta bir futbol sahasını dolduracak kadar gaz tutabildiği mi kastediliyor diye düşünüyor, ama bunun fazla abartılı bir yorum gibi geldiğini ekliyor
Bunun iç yüzey alanıyla ilgili olduğunu açıklıyor. Örneğin, 10 gram İsviçre peynirinin içindeki deliklerin yüzey alanının ne kadar olduğunu hesaplamaya benzetiyor
Bunu anlamanın kolay yolu olarak, futbol sahası büyüklüğünde çok ince bir battaniyeyi buruşturup çok küçük bir top hâline getirdiğini hayal etmeyi öneriyor