Hadiah Nobel Kimia 2025
(nobelprize.org)- Susumu Kitagawa, Richard Robson, Omar M. Yaghi menerima Hadiah Nobel Kimia 2025 atas pengembangan metal–organic frameworks (MOF)
- MOF adalah arsitektur molekuler dengan rongga (cavity) besar, yang memiliki potensi beragam pemanfaatan seperti penyimpanan molekul air, penangkapan karbon, penyimpanan hidrogen, dan penghilangan polutan
- Melalui perancangan awal dan penerapan praktis MOF yang inovatif, kini dimungkinkan pengembangan material kimia khusus dalam puluhan ribu jenis
- Berbeda dari material konvensional, MOF menonjol karena keunggulan uniknya dalam fleksibilitas, beragam kombinasi molekul, dan fungsionalitas tinggi
- MOF menghadirkan solusi kimia baru di bidang riset dan industri, serta tengah muncul sebagai material kunci abad ke-21
Menciptakan ruang baru bagi kimia: Hadiah Nobel Kimia 2025
Gambaran umum
- Hadiah Nobel Kimia 2025 diberikan kepada Susumu Kitagawa, Richard Robson, Omar M. Yaghi
- Mereka mengembangkan struktur molekuler inovatif bernama metal–organic frameworks (MOF)
- MOF adalah arsitektur yang mengandung rongga internal sangat besar, sehingga berbagai molekul dapat keluar-masuk di dalamnya
- Hal ini memungkinkan berbagai aplikasi inovatif seperti ekstraksi air dari atmosfer gurun, penghilangan polutan, penangkapan karbon dioksida, dan penyimpanan hidrogen
Latar lahirnya MOF dan gagasannya
Gagasan yang bermula dari model molekul kayu (Richard Robson)
- Pada 1974, Richard Robson membuat model molekul dari kayu untuk pendidikan mahasiswa, lalu mendapat inspirasi dari cara atom saling berikatan
- Ia merancang ide untuk menggabungkan ion logam yang dapat berikatan ke empat arah, seperti karbon, dengan molekul organik berlengan empat
- Hasilnya, ia untuk pertama kalinya membuat kristal molekuler teratur dengan rongga internal yang sangat besar
- Pada 1989, ia mempublikasikan struktur inovatif ini dan meramalkan metode baru perancangan material
Eksperimen dan usulan yang visioner
- Robson menggabungkan berbagai ion dan molekul untuk membuat struktur berongga, dan secara eksperimental menunjukkan bahwa pertukaran ion di bagian dalam benar-benar memungkinkan
- Struktur ini menunjukkan potensi untuk diperluas menjadi material kimia konsep baru, seperti katalis reaksi kimia selektif
- Saat itu struktur tersebut belum stabil, tetapi cara berpikir visionernya kemudian menginspirasi para peneliti berikutnya
Perintisan mandiri oleh Kitagawa dan Yaghi
Kitagawa: “manfaat dari hal yang tampak tak berguna”
- Susumu Kitagawa, dengan berpegang pada prinsip “kegunaan dari yang tak berguna”, pada awalnya mengembangkan struktur molekuler berpori yang belum memiliki kegunaan khusus
- Setelah mempublikasikan struktur dua dimensi berbasis ion tembaga pada 1992, pada 1997 ia mewujudkan MOF tiga dimensi yang tahan lama dan mampu menyimpan gas
- Dibandingkan zeolite yang sudah ada, MOF memiliki keunggulan khas seperti fleksibilitas material dan keragaman molekul penyusun
- Pada 1998, ia mengajukan konsep fleksibilitas pada MOF dan menghadirkan paradigma baru di dunia akademik
Yaghi: kegigihan dalam desain pada tingkat atom
- Omar Yaghi tumbuh dalam lingkungan yang sulit dan memiliki rasa ingin tahu yang mendalam terhadap struktur molekuler
- Pada 1992 di Arizona State University, ia mencoba desain molekuler rasional dan mempublikasikan MOF dua dimensi dengan menggabungkan ion logam dan molekul organik
- Pada 1995, ia pertama kali mengusulkan istilah “metal–organic framework” dan kemudian memimpin bidang MOF secara penuh
- Pada 1999, ia mengembangkan material representatif MOF-5, membuktikan inovasinya dengan luas permukaan internal setara lapangan sepak bola hanya dari 2–3 gram material
- Pada 2002–2003, ia membuktikan bahwa MOF dengan berbagai ukuran rongga dapat dirancang secara menguntungkan
Aplikasi dan dampak MOF
Pemanfaatan inovatif di banyak bidang
- MOF dapat dirancang khusus pada tingkat molekuler, sehingga memungkinkan puluhan aplikasi berfungsi tinggi seperti penyerapan air, penyimpanan gas, penghantaran obat, penangkapan gas beracun, dan penguraian polutan
- Kelompok Yaghi membuktikan potensi penggunaan nyatanya, termasuk mengekstraksi air dari atmosfer gurun
- Material MOF seperti UiO-67, MIL-101, ZIF-8, CALF-20, dan NU-1501 sedang diuji dalam penerapan industri untuk penyimpanan hidrogen/karbon dioksida, penghilangan PFAS, dan ekstraksi rare earth
Harapan sebagai material masa depan abad ke-21
- Saat ini MOF masih berada pada tahap riset skala kecil dan produksi purwarupa, tetapi produksi massal dan komersialisasi sedang didorong secara serius
- MOF juga mendapat perhatian sebagai solusi untuk masalah iklim dan lingkungan, seperti penyimpanan gas berbahaya di industri elektronik, penangkapan karbon, dan penyimpanan hidrogen
- Banyak peneliti memandang MOF akan menjadi material baru yang mewakili abad ke-21
Riwayat singkat para penerima penghargaan
- Susumu Kitagawa: lahir pada 1951 di Kyoto, Jepang; doktor dari Kyoto University; profesor di Kyoto University
- Richard Robson: lahir pada 1937 di Britania Raya; doktor dari University of Oxford; profesor di University of Melbourne
- Omar M. Yaghi: lahir pada 1965 di Amman, Yordania; doktor dari University of Illinois; profesor di UC Berkeley
Informasi tambahan
- Latar ilmiah dan materi yang lebih rinci tersedia di www.nobelprize.org
- Video terkait penghargaan, kuliah, dan informasi pameran dapat dilihat di situs resmi Nobel Prize Museum
Menerima Hadiah Nobel Kimia 2025 atas pengembangan metal–organic frameworks
Susumu Kitagawa, Richard Robson, Omar M. Yaghi
“for the development of metal–organic frameworks”
© The Royal Swedish Academy of Sciences
1 komentar
Komentar Hacker News
Mengucapkan selamat kepada para pemenang, dan menyebut pencapaian mereka memang sangat layak. Singkatnya, material berpori seperti spons berguna untuk meningkatkan laju reaksi serta menangkap dan melepaskan molekul (air, CO2, polutan, dan lain-lain); makin besar luas permukaannya, makin tinggi nilainya. Dulu yang terutama digunakan adalah zeolit (mineral aluminosilikat alami dan sintetis), tetapi zeolit sintetis hampir selalu dibuat lewat trial and error. MOF (Metal-Organic Framework) bisa dirancang sejak awal, dan luas permukaannya jauh lebih besar daripada zeolit (zeolit biasanya 20-400 m2/gram, MOF 1000-7000+ m2/gram). Untuk saat ini MOF masih mahal sehingga zeolit tetap lebih banyak dipakai, tetapi aksesibilitasnya kini meningkat sampai-sampai MOF sudah bisa dibeli di Amazon, dan ada harapan MOF sederhana akan menjadi lebih murah ke depannya.
Kisah tentang momen "aha!" memberi inspirasi untuk menangani ide secara fisik. Ia mengambil kembali bola-bola kayu dan mencoba membuat model molekul, lalu menyadari bahwa informasi tersembunyi pada posisi lubang-lubangnya. Bentuk dan struktur yang benar terbentuk dengan sendirinya, dan itu mengarah pada gagasan merancang struktur molekul baru dengan memanfaatkan sifat atom.
Teringat kisah Richard Feynman dalam <Surely You Must Be Joking, Mr. Feynman> saat ia buntu ide, lalu melihat piring berputar di restoran dan mulai memikirkan serta meneliti hubungan matematisnya. Perhitungan matematika yang ia lakukan saat itu sendiri tidak punya tujuan khusus, tetapi belakangan berperan menentukan hingga membawanya meraih Nobel. Pesannya adalah jangan pernah meremehkan kekuatan bermain.
Material seperti ini benar-benar terasa seperti versi dunia nyata dari spons Menger dengan luas permukaan internal yang luar biasa besar. Saat magang 15 tahun lalu di perusahaan katalis desulfurisasi (katalis yang menghilangkan kandungan sulfur dari minyak mentah agar bahan bakar tidak berbau), ia pernah membuat beberapa MOF stabil di udara yang mudah ditangani. Karena reaksi antara fluida dan katalis terjadi di permukaan katalis, makin besar luas permukaannya, makin tinggi laju dan efektivitas reaksinya. Ia pernah mereproduksi MOF dengan mengikuti makalah, dan ingat semua orang di perusahaan terkejut karena luas permukaan internalnya benar-benar luar biasa. Ia hanya mengikuti eksperimen dan mengukur luas permukaannya, tetapi tetap mendapat penilaian tertinggi, sehingga ia berterima kasih kepada Yaghi dan tim peneliti yang membuat MOF itu, dan kenangan itu selalu membekas baik.
Menanyakan apakah meskipun menyenangkan bereksperimen dengan hal seperti ini, untuk penggunaan industri nyata orang akhirnya harus khawatir soal paten atau lisensi dan biaya pemakaian yang mahal.
Menanggapi dengan jenaka ungkapan "versi dunia nyata dari spons Menger dengan luas permukaan internal yang luar biasa besar", seolah berkata bahwa dirinya juga selalu berada di posisi itu.
MOF telah menjadi topik yang "hot" di dunia kimia selama 10 tahun terakhir, jadi penghargaan ini juga tidak terlalu mengejutkan; ia mengucapkan selamat kepada para pemenang.
Penjelasannya ditulis dengan sangat baik, tetapi ada beberapa hal yang terasa kurang. Ia terganggu oleh penggunaan en dash alih-alih hyphen dalam ‘metal–organic’, dan juga oleh hilangnya apostrof posesif dalam “the ions and molecules inherent attraction…”.
Hilangnya apostrof kedua itu memang cuma typo, tetapi yang pertama justru penggunaan en dash yang sangat tepat dan enak dilihat. Seperti pada contoh di Wikipedia, en dash dipakai untuk menandai relasi, dan konsistensi penggunaan en dash di artikel maupun tweet terasa mengesankan. Referensi Wikipedia tentang en dash
Jika orang Swedia, wajar bila tidak terlalu terbiasa menangani apostrof bahasa Inggris sehingga mudah melakukan kesalahan saat menulis dalam bahasa Inggris, dan sebaliknya juga begitu.
Sekarang hampir tak ada orang yang tahu perbedaan hyphen, en dash, dan em dash, dan di lingkungan internet kesalahan makin sering muncul karena font dan character set berubah-ubah. Konvensi seperti era mesin tik, yaitu '-' untuk membedakan hyphen dan en dash, serta ' -- ' untuk em dash, tidak pernah benar-benar mapan. Pengaruh Microsoft Word juga cukup besar. Ia menekankan bahwa typo apostrof memang tidak punya alasan pembenar.
Tentang <takumigokoro> (匠心, hati seorang perajin) yang disebut Profesor Kitagawa, kisah Zhuangzi dari Taoisme yang dirujuk tampaknya perlu dijelaskan lebih lanjut. Ia menceritakan legenda tentang tukang kayu Lu Ban yang ahli membuat struktur rumit namun berguna, tetapi karena hanya mengejar kegunaan, pada akhirnya gagal memperoleh keabadian yang benar-benar diinginkannya. Zhuangzi menganggap Lu Ban tidak memahami ‘kegunaan dari ketidakbergunaan’, tetapi dalam praktiknya Lu Ban justru dipuja sebagai dewa oleh para perajin.
Cara paling keren mendesain material lewat kimia organik adalah dengan merancang blok Lego kecil milik sendiri, lalu membiarkan mereka merakit diri menjadi struktur yang sangat besar.
Jika benar bisa dipraktikkan seperti yang diharapkan, bidang aplikasi MOF akan benar-benar luar biasa.
Jika air bisa diperoleh dari udara bahkan di gurun, itu akan menjadi perubahan besar; memang sempat muncul kekhawatiran apakah udara akan menjadi terlalu kering, tetapi tampaknya masih bisa dikelola.
CO2 bisa disimpan di bawah tanah untuk membantu menyelesaikan masalah gas rumah kaca, dan industri gas alam sebenarnya sudah memiliki teknologi penangkapan gas. Tinggal menemukan cara menangkap hanya CO2 murni dari atmosfer, dan ada harapan MOF akan menjadi teknologi terbaik untuk mewujudkannya.
Menunjukkan bahwa sumber daya yang dibutuhkan untuk menangkap CO2 murni dari atmosfer akan jauh lebih besar daripada yang dibayangkan.
Bertanya apakah teknologi mengekstrak air dari udara ini bisa mengarah pada dehumidifier yang lebih baik.
Satuan yang digunakan di artikel terasa membingungkan. Misalnya ada ungkapan seperti, "beberapa gram MOF-5 memiliki luas setara lapangan sepak bola", tetapi gram adalah satuan massa dan lapangan sepak bola adalah luas dua dimensi, jadi tidak jelas apa hubungan keduanya. Mungkin maksudnya beberapa gram MOF-5 bisa menampung gas sebanyak yang cukup untuk memenuhi ruang seluas lapangan sepak bola pada tekanan 1 atmosfer, tetapi rasanya itu penafsiran yang terlalu jauh.
Ini membicarakan luas permukaan internal. Analogi yang cocok adalah menghitung berapa luas permukaan lubang-lubang di dalam 10 g keju Swiss.
Akan lebih mudah dipahami jika membayangkan selimut yang sangat tipis seluas lapangan sepak bola diremas menjadi bola yang sangat kecil.