Theo thông cáo báo chí của Viện Hàn lâm, MOF là những tinh thể được tạo thành từ các ion kim loại đóng vai trò như các “góc nối”, liên kết với những phân tử hữu cơ dài để tạo ra các cấu trúc rỗng xốp với vô số khoang rỗng. Nhờ khả năng điều chỉnh linh hoạt vật liệu cấu thành, các nhà hóa học có thể thiết kế MOF chuyên biệt để thu giữ CO₂, tách chất độc, lưu trữ khí hydro, lọc PFAS khỏi nước, xúc tác phản ứng hóa học hoặc thậm chí thu nước từ không khí sa mạc.

Viện Hàn lâm Khoa học Hoàng gia Thụy Điển vinh danh Susumu Kitagawa (Nhật Bản), Richard Robson (Australia) và Omar M. Yaghi (Mỹ) với công trình phát triển vật liệu khung hữu cơ–kim loại (MOF). Các cấu trúc phân tử do họ tạo ra có thể thu nước từ không khí sa mạc, lọc chất ô nhiễm, bắt giữ CO₂ và lưu trữ hydro. Ảnh minh họa: Niklas Elmehed /Nobel Prize.

“Các khung hữu cơ - kim loại có tiềm năng to lớn, mang lại những cơ hội chưa từng thấy trước đây cho việc thiết kế các vật liệu theo yêu cầu với các chức năng mới,” Giáo sư Heiner Linke, Chủ tịch Ủy ban Nobel Hóa học, nhận định. Nhận xét này không chỉ là lời khen mang tính kỹ thuật, mà còn là một tuyên bố về bước ngoặt của hóa học thế kỷ XXI: từ việc khám phá vật chất sang chủ động kiến tạo vật liệu theo mục đích của nhân loại.

Hành trình của MOF bắt đầu năm 1989, khi Richard Robson thử kết hợp ion đồng điện tích dương với một phân tử hữu cơ bốn nhánh có ái lực với đồng. Kết quả là một tinh thể “tựa như kim cương nhưng chứa đầy khoang trống”. Tuy nhiên, cấu trúc này còn thiếu ổn định.

Bước ngoặt đến trong giai đoạn 1992-2003, khi Susumu Kitagawa chứng minh rằng khí có thể đi vào và thoát ra khỏi cấu trúc, đồng thời dự báo MOF có thể mang tính linh hoạt như “vật liệu sống”. Song song đó, Omar Yaghi tổng hợp được một loại MOF cực kỳ bền vững, có thể “lập trình” các nhóm chức năng để biến đổi tính chất một cách có chủ đích.

Kể từ những khám phá nền tảng đó, hàng chục nghìn cấu trúc MOF mới đã được tạo ra, trở thành một trong những lĩnh vực phát triển nhanh nhất của hóa học vật liệu hiện đại.