Nobel Kimya Ödülü metal-organik çerçevelerin keşfine verildi

Kimya alanında yapılan çığır açıcı keşifler nedeniyle bu yıl Nobel Kimya Ödülü'ne layık görülen üç araştırmacı, metal-organik çerçevelerin geliştirilmesinde yaptıkları katkılarla bilim dünyasında devrim yaratmışlardır. Japonya'nın Kyoto Üniversitesi'nde görev yapan Susumu Kitagawa, Avustralya'daki Melbourne Üniversitesi'nden Richard Robson ve Amerika Birleşik Devletleri'nin California Üniversitesi Berkeley kampüsünde çalışan Omar M. Yaghi, toplam 11 milyon İsveç kronu değerindeki bu prestijli ödülü aralarında paylaşacaklardır.

Metal-organik çerçevelerin tanımı ve özellikleri

Metal-organik çerçeveler, kısaca MOF olarak bilinen bu malzeme sınıfı, yapılarında bulunan mikroskobik açık boşluklar sayesinde kimya alanında giderek artan bir ilgi görmektedir. Bu boşluklar, birkaç angstromdan (bir santimetrenin yüz milyonda biri) birkaç nanometreye (bir milimetrenin milyonda biri) kadar değişen genişliklere sahiptir. Bu boyutlar, çıplak gözle ve hatta çoğu geleneksel mikroskop türüyle gözlemlenebilecek kadar büyük değildir; ancak çeşitli molekülleri barındırmak için mükemmel bir boyut aralığı sunmaktadırlar. Metal-organik çerçevelerin bu benzersiz yapısal özelliği, onları çevre dostu teknolojilerin geliştirilmesinde önemli bir rol oynamasını sağlamıştır.

Metal-organik çerçevelerin tarihsel gelişimi, 1950'lerin sonlarında araştırmacıların koordinasyon polimerleri keşfetmeye başlamasıyla izlenebilir. Bu ilk malzemeler, metal iyonları (elektron kaybetmiş veya kazanmış atomlar) ile karbon bazlı köprü molekülleri olarak bilinen bağlayıcıların bağlı zincirlerinden oluşmaktaydı. İlk koordinasyon polimerleri boşluk içermemesine rağmen, bunlar daha sonra metal-organik çerçevelerin ortaya çıkmasına yol açacak olan aynı metal-organik kimyaya dayanıyorlardı.

Keşfin tarihsel süreci ve bilim insanlarının katkıları

1980'lerin sonlarında, Richard Robson'ın yönettiği araştırma grubu, bazı koordinasyon polimerlerinin çerçeve benzeri yapılar olarak hazırlanabileceğini göstermiştir. Bu yapılar, karbon bazlı bağlayıcıların sıvı çözücü moleküllerinin kümeleri etrafında üç boyutlu düzenlemeler oluşturmaktaydı. Robson'ın araştırma makalesinde belirtildiği üzere, bu olağandışı bir durumu ortaya çıkarmıştır; kristal yapının içeriğinin yaklaşık üçte ikisinin etkili bir şekilde sıvı halinde bulunması, o zamanlar oldukça şaşırtıcı bir bulguydu.

1990'ların ortası ve sonlarında, Omar M. Yaghi'nin araştırma grubu, çözücü molekülleri boşluklardan çıkarıldıktan sonra bile yapılarını koruyan koordinasyon polimerleri hazırlamanın mümkün olduğunu kanıtlamıştır. Bu keşif, çözücü çıkarılırsa bu tür çerçevelerin kırılgan olduğu ve çökeceği yönündeki yaygın bilimsel varsayımı tamamen ortadan kaldırmıştır. Yaghi'nin bu çalışması, metal-organik çerçevelerin pratik uygulamalar için kullanılabileceğinin ilk kanıtını sunmuştur.

1997 yılında, Susumu Kitagawa'nın araştırma grubu, açık boşlukların gaz moleküllerini absorbe etmek için kullanılabileceğini göstermiştir. Kitagawa'nın ekibi ayrıca, birçok durumda, çerçevenin kendisinin gaz molekülleri içine absorbe edildikçe genişlediğini ve serbest bırakıldıkça büzüldüğünü ortaya koymuştur. Kalıcı, açık boşluklara sahip bu koordinasyon polimerleri, bundan sonra metal-organik çerçeveler olarak bilinmeye başlanmıştır. Üç bilim insanının bu ardışık keşifleri, o zamandan beri binlerce araştırma makalesinin yayınlandığı modern metal-organik çerçeve kimyasının doğuşunu etkili bir şekilde işaret etmiştir.