Bu yılki Nobel Kimya Ödülü, aralarında Albany Üniversitesi mezunu Omar Yaghi’nin de bulunduğu üç araştırmacıya, çöl havasından su toplamak, karbondioksiti yakalamak, zehirli gazları depolamak ve hatta kimyasal reaksiyonları katalize etmek için kullanılabilecek çok yönlü moleküler malzemeler olan metal-organik çerçevelerin (MOF’ler) geliştirilmesine yönelik çalışmalarından dolayı verildi.
UAlbany’den kimya doçenti ve lisansüstü çalışmalar direktörü Jeremy Feldblyum, yirmi yıldır çalışmaya adadığı metal-organik çerçeveler konusunda uzmandır.
Doktorasını yaparken. Michigan Üniversitesi’nde Feldblyum, Omar Yaghi ile işbirliği yapan ve diğer bilim ve teknoloji alanlarının yanı sıra yarı iletkenler ve pillerdeki uygulamalar için umut vaat eden metal içermeyen çerçeve malzemeleri üretmeye yönelik yöntemleri birlikte keşfeden Adam Matzger ile çalıştı.
Yüksek lisans ve doktora sonrası araştırmalarından ilham alan Feldblyum, metal-organik çerçeveleri temiz enerji ve sürdürülebilirlik için dayanıklı, yüksek performanslı malzemelere dönüştürmenin yollarını araştırdı. Ekibi, elektrik yükünü depolayabilen, iyonları iletebilen ve lityum gibi kritik elementleri pil atıklarından seçici olarak kurtarabilen MOF’leri inceledi. Bu malzemelerin moleküler düzeyde nasıl çalıştığını ortaya çıkarmak, enerji depolama, geri dönüşüm ve çevre koruma konularında daha akıllı, daha sürdürülebilir çözümlere yol açabilir.
Metal-organik çerçeveler üzerine araştırmaları ilerletmenin önemini, bu alandaki kendi çalışmalarını ve bu yılki Nobel ödülünün bu alanda çalışan araştırmacılar için önemini öğrenmek için Feldblyum’la görüştük.
Metal-organik çerçeveler (MOF’ler) nedir?
Metal-organik çerçeveler, kimyasal yapıları gökdelenlerin inşa edildiği çelik çerçevelere benzeyen katılardır. Bu çerçevelere çok benzer şekilde, MOF’lar şu işlevi görür: “boş sayfa” Suyu arıtmaktan vücudumuzdaki enzimlerin gerçekleştirdiği kimyayı taklit etmeye kadar sayısız işlev için özelleştirilebilen malzemeler.
Metal-organik çerçeveler üzerinde çalışmaya nasıl ilgi duymaya başladınız?
Bu bölgeye tesadüfen rastladım. Michigan Üniversitesi’nde yüksek lisans öğrencisiyken güneş pillerine ilgim vardı ancak bazı idari gereklilikleri yerine getirebilmek için polimerlerle ilgili bir alanda da çalışmam gerekiyordu. Bu malzemelerin geliştirilmesinin ilk yıllarında Yaghi ile çalışan MOF’ların öncü isimlerinden Adam Matzger’in laboratuvarında tesadüfen yer vardı. Laboratuvara katıldıktan sonra bağımlısı oldum. MOF’ların yapımında hayran olduğum bir sanat var ve insanlığa fayda sağlama konusunda muazzam bir potansiyele sahipler.
Bu teknoloji için en umut verici uygulamalar nelerdir?
Temel olarak MOF’ların rol oynayamayacağı bir bilim veya teknoloji alanı yoktur. En umut verici yönler, MOF’ların benzersiz avantajlar sağladığı yönlerdir: nadir ve kritik minerallerin enerji açısından verimli ayrılması ve ayrılması, yüksek performanslı enerji depolama cihazları (örneğin, havacılık ve uzayda kullanılanlar için) ve ilaç (özellikle ilaç dağıtımı).
Şu anda ne okuyorsun?
Laboratuvarımız enerji ve malzeme güvenliğinin birçok yönünü inceliyor. MOF’lardaki çalışmalarımız öncelikli olarak pil tedarik zincirini iyileştirmeye ve başka yollarla engelleyici derecede zor olduğu kanıtlanmış hassas kimyasal saflaştırmayı mümkün kılmaya odaklanıyor. Bununla birlikte, araştırma grubumuzun ilgi alanları geniştir ve şu anda gıdalardan (örneğin, bu malzemeleri gıda dokusunu değiştirmek veya vitaminleri dağıtmak için kullanmak), MOF’ların önemli bir rol oynayabileceği maddenin yeni aşamalarına kadar çeşitli yolları araştırıyoruz.
Bu araştırma alanının Nobel Ödülü’ne layık görülmesi sizin için ne ifade ediyor?
Lisansüstü çalışmalarıma başladığımda, MOF’ların bilimsel ortamda bu kadar yaygın olabileceğini hayal edemezdim. MOF’un yapısının ve davranışının anlaşılmasına benzersiz katkılarda bulunabildiğim için gurur duyuyorum ve günlük yaşamlarımızı etkileme potansiyeli güçlü olan böylesine önemli bir alanda çalışabildiğim için onur duyuyorum.
Bu araştırma alanının geleceği hakkında sizi en çok heyecanlandıran şey nedir?
MOF’ların geleceği, kimyanın geleceği kadar sınırsızdır. Bilim adamlarının bu malzemeleri kullanma konusundaki yeni ve yenilikçi yolları beni sürekli şaşırtıyor ve MOF’ların henüz kanıtlanmamış şekillerde kullanılmasına yönelik daha birçok beklenmedik keşifler bekliyorum. Bu malzemeler enerji, malzeme ve farmasötiklerle çalışma şeklimizi geliştirme potansiyeline sahiptir.
Büyük resmi düşünürsek, bilim adamlarının metal-organik çerçevelerle bugün bulunduğumuz yere ulaşmak için üstesinden gelmek zorunda kaldıkları bilimsel zorluklar da dahil olmak üzere bilimin zaman içinde oluşturduğu yolları düşünmek ilham verici. Bu yılın Nobel Kimya Ödülü’nü kazananlar – Susumu Kitagawa, Richard Robson ve Omar Yaghi – kimyagerlerin MOF’leri yapmak ve incelemek için kullandıkları temel kavramların çoğuna öncülük ettiler.
Robson, koordinasyon kimyasının (metal ve karbon bazlı türler arasındaki reaktiviteyle ilgilenen kimya alanı) bilinçli olarak seçilmiş kimyasal yapı taşlarından üç boyutlu MOF’ları rasyonel bir şekilde tasarlamak ve oluşturmak için nasıl kullanılabileceğini fark eden ilk kişiydi. Kitagawa, MOF’ların içindeki alanın malzemeye zarar vermeden boşaltılabileceğini gösteren ilk kişiler arasındaydı ve bu da MOF’ların pillerden kirleticilerin uzaklaştırılmasına kadar çeşitli uygulamalarda kullanılmasının önünü açtı. Yaghi, MOF’ların diğer alanlardaki bilim adamları ve mühendisler tarafından kullanılmasına olanak tanıyan basit ve sağlam yöntemler geliştirdi. Katkılarıyla iletken MOF’lardan kuantum hesaplamada kullanım alanı bulan MOF’lara kadar birçok alanda keşifler yapıldı.
Bu çalışma hep birlikte, iklime dayanıklılık teknolojilerinde, biyomedikal atılımlarda ve kamu yararına yönelik yeni geliştirilmiş malzemelerde dönüşüm yaratan ilerlemelerin temelini atıyor.
