Ba nhà khoa học Susumu Kitagawa, Richard Robson và Omar Yaghi đã được trao Giải Nobel Hóa học năm 2025 nhờ phát triển “khung kim loại – hữu cơ” (metal-organic frameworks, viết tắt MOFs) – một dạng kiến trúc phân tử có khả năng gói lượng không gian khổng lồ trong cấu trúc cực nhỏ. Ủy ban Nobel ví công trình này như chiếc túi thần kỳ của Hermione Granger trong bộ tiểu thuyết Harry Potter.
Theo thông báo của Ủy ban Nobel tại Stockholm (Thụy Điển) hôm 8-10, những khám phá mang tính đột phá của ba nhà khoa học không chỉ mở ra hướng nghiên cứu mới mà còn có thể góp phần giải quyết các vấn đề cấp bách của Trái đất như biến đổi khí hậu.
“Công trình của họ đã tạo ra những vật liệu hoàn toàn mới, có khả năng lưu trữ lượng khí khổng lồ trong một thể tích cực nhỏ,” ông Heiner Linke, Chủ tịch Ủy ban Nobel Hóa học, cho biết.
Ông Linke ví những vật liệu này “như những căn phòng trong khách sạn,” nơi các nhóm phân tử có thể ra vào tự do như những vị khách; hay giống “chiếc túi của Hermione”, nhỏ bên ngoài nhưng bên trong lại rộng vô hạn.
Ủy ban ca ngợi các nhà khoa học đã tạo ra các khung kim loại – hữu cơ (MOFs) có thể thu nước từ không khí khô của sa mạc, hấp thụ CO₂, lưu trữ khí độc hoặc làm xúc tác phản ứng hóa học.
Hành trình của ba nhà khoa học
Omar Yaghi, giáo sư Hóa học tại Đại học California, Berkeley (Mỹ), sinh ra ở Jordan, đã nhận tin thắng giải khi đang quá cảnh chuyến bay. Ông nói mình “kinh ngạc, vui mừng và choáng ngợp.”
“Cha mẹ tôi hầu như không biết đọc viết. Đây là một hành trình dài, nhưng khoa học cho phép tôi đi xa đến vậy,” ông chia sẻ với Ủy ban Nobel. Yaghi lớn lên cùng nhiều anh chị em trong căn phòng nhỏ tại Amman, Jordan, không có điện hay nước máy. Đối với ông, trường học là nơi trú ẩn khỏi cuộc sống khó khăn, theo lời Ủy ban.
Giáo sư Richard Robson (Đại học Melbourne, Úc) là người đặt nền móng cho ý tưởng này từ năm 1974 khi ông dùng những quả bóng gỗ mô phỏng nguyên tử để dạy sinh viên. Trong lúc khoan các lỗ trên bóng gỗ, ông nhận ra rằng vị trí của các lỗ thể hiện thông tin hóa học quan trọng. Ông tự hỏi: Nếu liên kết các loại phân tử khác nhau thay vì từng nguyên tử, liệu có thể tạo ra vật liệu mới không?
Phải mất hơn mười năm, Robson mới chứng minh được giả thuyết đó. Trong thập niên 1980, ông tạo ra vật liệu từ các phân tử đồng tự sắp xếp thành cấu trúc đều đặn – tương tự cách các nguyên tử cacbon kết hợp thành kim cương. Tuy nhiên, khác với kim cương đặc khít, vật liệu của ông lại có nhiều khoang rỗng khổng lồ, mở ra khả năng tạo nên những vật liệu hoàn toàn mới.
Susumu Kitagawa, giáo sư tại Đại học Kyoto (Nhật Bản), tiếp tục phát triển hướng nghiên cứu này. Ban đầu, ông hoài nghi về tính ứng dụng của các cấu trúc rỗng, nhưng theo Ủy ban, ông luôn bị cuốn hút bởi “tính hữu ích của những thứ tưởng như vô dụng.”
Năm 1992, ông công bố cấu trúc rỗng đầu tiên, nhưng phải đến năm 1997, Kitagawa mới tạo ra phân tử có khả năng hấp thụ và nhả khí metan, nitơ và oxy, mở ra cánh cửa mới cho lĩnh vực vật liệu hóa học.
Trong khi đó, Omar Yaghi – khi ấy đang giảng dạy tại Đại học Bang Arizona – đã kết hợp các nghiên cứu của Robson và Kitagawa để phát triển MOF-5, được xem là “kinh điển” trong lĩnh vực này. Vật liệu MOF-5 có thể chịu nhiệt tới 300°C (570°F) mà không bị sụp đổ, dù ở trạng thái rỗng hoàn toàn.
Từ sa mạc đến phòng thí nghiệm
Nhờ khả năng chứa vô số khoang rỗng trong không gian cực nhỏ, nhóm nghiên cứu của Yaghi đã tách nước từ không khí sa mạc Arizona.
“Ban đêm, vật liệu MOF hấp thu hơi nước trong không khí; khi mặt trời lên, nhiệt làm nóng vật liệu, cho phép họ thu được nước sạch,” Ủy ban mô tả.
Theo các chuyên gia, nghiên cứu của ba nhà khoa học mở ra hàng loạt ứng dụng tiềm năng trong thực tế như hấp thụ CO₂ để chống biến đổi khí hậu, loại bỏ “hóa chất vĩnh viễn” (forever chemicals) trong nước, và phân hủy các dược chất còn sót lại trong môi trường.
Giáo sư Sara Snogerup (Đại học Lund, Thụy Điển) nhận xét: “Về lý thuyết, ta có thể hấp thụ CO₂ rồi thu gom thay vì thải ra khí quyển. Điều đó rất đáng hy vọng – dù cần triển khai ở quy mô cực lớn.”
Theo Giáo sư Kim Jelfs (Đại học Imperial College London), hơn 100.000 loại MOF đã được ghi nhận.
“Tất cả các ứng dụng của MOFs đều bắt nguồn từ tính xốp cực cao của chúng – chỉ một gam vật liệu MOF có diện tích bề mặt bên trong tương đương một sân bóng đá,” Jelfs giải thích.
Di sản hóa học và hy vọng mới
Công trình này tiếp nối truyền thống vinh danh những phát minh mang tính nền tảng. Năm ngoái, Giải Nobel Hóa học 2024 được trao cho nhóm ba nhà khoa học sử dụng trí tuệ nhân tạo để “giải mã” gần như toàn bộ cấu trúc protein – “những công cụ hóa học của sự sống”. Trong đó có Demis Hassabis, CEO của Google DeepMind.
Năm 2023, giải thưởng thuộc về ba nhà nghiên cứu đã khám phá chấm lượng tử (quantum dots) – ứng dụng trong đèn LED, màn hình TV và phẫu thuật ung thư.
Giải Nobel Hóa học 2025 mang lại cho các chủ nhân khoản tiền thưởng 11 triệu krona Thụy Điển (khoảng 1 triệu USD).
Màn hình tại Viện Hàn lâm Khoa học Hoàng gia Thụy Điển ở Stockholm hiển thị chân dung ba nhà khoa học đạt Giải Nobel Hóa học 2025 – Susumu Kitagawa (Đại học Kyoto, Nhật Bản), Richard Robson (Đại học Melbourne, Úc) và Omar M. Yaghi (Đại học California, Berkeley, Mỹ) – trong buổi công bố kết quả ngày 8/10/2025. Ảnh: TT News Agency
