Teret nyitottak
Vonzó, tágas egyszobás lakás, külön Önnek mint vízmolekulának tervezve. Ezzel az ingatlanközvetítői hasonlattal mutatja be a Nobel-bizottság a fém–szerves térhálókat (angol rövidítéssel: MOF) – ezeknek a feltalálásáért járt a magas elismerés három vegyésznek. A japán Kitagava Szuszumu a szülővárosa, Kiotó egyetemén professzor; a brit Richard Robson Ausztráliában, Melbourne-ben kutat; a jordániai születésű Omar Yaghi pedig Berkeley-ben, a Kaliforniai Egyetem egyik campusán oktat.
A MOF-ok könnyen elképzelhetők az iskolából is ismert molekulamodellek alapján, sőt Robson éppen ezen az úton jutott el a felismerésig. Órára készülve fagolyókból és -rudakból készített szokásos modellt az atomokról és kötéseikről. Azon gondolkodott el, hogy a modellek csak akkor állnak össze, ha a golyókba a megfelelő helyen fúr lyukakat, akkor viszont szinte magától a helyére kerül minden. Ez 1974-ben történt, de több mint egy évtizeden át forgatta a fejében a gondolatot, amíg elkezdett hasonló alapon a valóságban atomok helyett molekulákat egymáshoz kapcsolni, fémionokkal összekötve őket. Hamar kiderült, hogy a korábban ismeretlen módszer működik. További kísérletek megerősítették a MOF sajátosságát, hogy az új struktúrákban nagy üres terek képződnek, amelyek különféle gázok, folyadékok tárolására, be- és kiengedésére alkalmasak.
A három mostani Nobel-díjas külön-külön kísérletezett Robson ötlete alapján, és lassan eljutottak odáig, hogy a vázszerkezetek önmagukban (azaz kitöltő anyag nélkül) is megálltak, majd rugalmas, illetve puha változatban is elkészültek. Maga a név Yaghi leleménye. Arra utal, hogy az új anyag fémből (pontosabban fémionokból) és szerves molekulákból alkot rácsot (a kémiában a szerves jelző nemcsak élő anyagot jelent, hanem azoknak az anyagoknak a többségét, amelyek szénvegyületet is tartalmaznak). Aszerint, hogy milyenre tervezik a MOF-okat, milyen üregek, csatornák vannak bennük, más-más méretű molekulák lakóhelyéül szolgálhatnak. Megjegyzendő, hogy ezek a fém–szerves (metal–organic) struktúrák nem tévesztendők össze a fémorganikus (organometallic) vegyületekkel, amelyekben közvetlen fém–szén kötés van.
Eleinte nem látszott, hogy az érdekességen túl mi hasznuk lehet a MOF-oknak. A kísérletezés idején már általánosan használatosak voltak a zeolitok: olyan ásványok, amelyeknek hasonló szerkezete és hatalmas befogadóképessége alkalmassá teszi őket egyebek mellett nedvesség megkötésére, molekulák vagy baktériumok kiszűrésére, szagok elszívására. Időközben aztán kiderültek a MOF-ok előnyei a merev zeolitokhoz képest: a nagyobb felületük és a rugalmasságuk. Kitagava egyik kreációja ahhoz hasonlóan működik, mint ahogyan a tüdő: gázzal töltve megnő, üresen összeesik, de a szerkezete stabil marad. A szivacshoz hasonlóan a MOF-ok (és a zeolitok) felvevőképessége is attól függ, mekkora felület rejlik az üregeikben, csatornáikban. Ez a felület már néhány grammnyi MOF esetén futballpályányi lehet, ami arra a szemléletes megjegyzésre indította a Nobel-bizottság egyik tagját, Olof Ramströmöt, hogy egy MOF olyan, mint Hermione Granger bűvös feneketlen táskája a Harry Potter-könyvekben.
Az eddigi kísérleti alkalmazások közé tartozik, hogy Yaghi kutatócsoportja egy arizonai sivatagban vizet gyűjtött: a megfelelően konstruált MOF éjszaka beszívta, majd a Nap melegének hatására kiengedte a nedvességet. Az első gyakorlati alkalmazások egyikeként az elektronikai iparban MOF felhasználásával gyűjtik össze a gyártás közben keletkező mérgező gázokat. Kísérleti állapotban vannak azok a próbálkozások, hogy gyárak és erőművek égéstermékeiből MOF segítségével vonják ki az üvegházhatású szén-dioxidot. Elképzelhető, hogy gyógyszereket ilyen csomagolással juttassanak a szervezetbe. Ha etilén csapdába ejtésére konstruálnak MOF-ot, akkor lassítható a gyümölcsök érése, vagyis tovább eltarthatóvá válik a leszüretelt termés.
Az idei kémiai Nobel-díjnak nem csak a tudományos háttere figyelemre méltó. Omar Yaghi 1965-ben a jordániai Ammanban született, szegény sorsú, alig iskolázott, sokgyermekes palesztin menekültcsaládban. A kémiába tízéves korában szeretett bele: könyvtárban akadt a kezébe egy könyv olyan molekulamodellek képeivel, amilyenek Robson ötletét adták. 15 éves korában az apja az USA-ba küldte tanulni. „A tudomány a legnagyobb kiegyenlítő erő a világon” – mondta Yaghi a díj odaítélése utáni első interjújában. A békedíjas Jasszer Arafat után Yaghi a második palesztin Nobel-díjas, illetve az első jordániai. ¬
