Giải Nobel Hóa học năm 2025 được trao cho ba nhà khoa học vì đã tạo ra những cấu trúc phân tử có không gian rộng lớn, cho phép khí và các hóa chất khác có thể đi qua. Những cấu trúc này, được gọi là khung hữu cơ - kim loại (metal - organic frameworks - MOF), có thể được ứng dụng để thu nước từ không khí sa mạc, thu giữ khí carbon dioxide, lưu trữ các khí độc, hoặc xúc tác cho các phản ứng hóa học.

Theo website chính thức của Giải thưởng Nobel, ba nhà khoa học Susumu Kitagawa, Richard Robson và Omar Yaghi được trao Giải Nobel Hóa học năm 2025 vì đã phát triển một dạng kiến trúc phân tử mới. Trong các cấu trúc này, các ion kim loại đóng vai trò như những viên “góc” được liên kết bởi những phân tử hữu cơ dài (có nền tảng carbon). Khi kết hợp lại, các ion kim loại và phân tử này tổ chức thành các tinh thể có những khoang rỗng lớn. Những vật liệu xốp này được gọi là khung hữu cơ – kim loại (MOF).

Bằng cách thay đổi các khối cấu trúc của MOF, các nhà hóa học có thể thiết kế chúng để thu giữ và lưu trữ những chất cụ thể. MOF cũng có thể thúc đẩy phản ứng hóa học hoặc dẫn điện.

Phát biểu tại lễ công bố giải thưởng Nobel Hóa học 2025, Giáo sư Heiner Linke, Chủ tịch Ủy ban Nobel Hóa học, cho biết các nhà khoa học đoạt giải đã tìm ra cách tạo nên những vật liệu hoàn toàn mới “có các khoang rỗng lớn bên trong”, hoạt động “như những căn phòng trong một khách sạn, nơi các phân tử khách có thể ra vào cùng một vật liệu.”

“Vật liệu này có thể lưu trữ một lượng lớn khí trong một thể tích rất nhỏ,” Linke giải thích. “Các khung cơ kim loại có tiềm năng to lớn, mở ra những cơ hội chưa từng có để tạo ra các vật liệu được thiết kế riêng với những chức năng hoàn toàn mới".

“Những cấu trúc này, khung hữu cơ - kim loại, có thể được sử dụng để thu nước từ không khí sa mạc, hấp thụ khí CO₂, lưu trữ khí độc hoặc xúc tác cho các phản ứng hóa học,” thông cáo của Ủy ban nêu rõ.

Sự phát triển của khung hữu cơ - kim loại bắt đầu vào năm 1989, khi Richard Robson thử nghiệm việc khai thác đặc tính tự nhiên của các nguyên tử theo một cách mới. Ông kết hợp các ion đồng mang điện tích dương với một phân tử có bốn nhánh, mỗi nhánh đều mang nhóm hóa học có ái lực với ion đồng ở đầu.

Khi hai thành phần này được kết hợp, chúng liên kết tạo thành một tinh thể có trật tự và không gian rộng lớn – giống như một viên kim cương chứa vô số khoang rỗng.

Robson ngay lập tức nhận ra tiềm năng của cấu trúc phân tử này, nhưng nó thiếu ổn định và dễ sụp đổ. Sau đó, Susumu Kitagawa và Omar Yaghi đã củng cố nền tảng cho phương pháp xây dựng này. Theo đó, từ 1992 đến 2003, họ độc lập thực hiện hàng loạt khám phá mang tính cách mạng.

Trong đó, Susumu Kitagawa đã chứng minh rằng các khí có thể di chuyển ra vào cấu trúc và dự đoán MOF có thể trở nên linh hoạt và Omar Yaghi tạo ra một MOF cực kỳ bền vững và cho thấy rằng nó có thể được tinh chỉnh bằng thiết kế hợp lý, mang lại những đặc tính mới, hữu ích. 

Sau những phát hiện đột phá này, các nhà hóa học đã tạo ra hàng chục nghìn loại MOF khác nhau. Một số trong đó có thể góp phần giải quyết những thách thức lớn nhất của nhân loại, với ứng dụng tiềm năng trong việc tách PFAS khỏi nước, phân hủy dư lượng dược phẩm trong môi trường, thu giữ CO₂ hoặc thu nước từ không khí sa mạc.  

Từ năm 1901 đến năm 2024, đã có 116 Giải Nobel Hóa học được trao. Trong tổng số 197 người đoạt giải, chỉ có 8 người là phụ nữ, bao gồm Marie Curie vào năm 1911.

Giải Nobel Hóa học năm ngoái được trao cho cho 3 tác giả: David Baker, nhà sinh hóa học tại Đại học Washington (Hoa Kỳ), Demis Hassabis và John Jumper thuộc Google DeepMind, đơn vị trí tuệ nhân tạo (AI) của tập đoàn công nghệ này.

Hassabis và Jumper đã tạo ra các mô hình AI có khả năng dự đoán cấu trúc protein, trong khi Baker là người tiên phong phát triển phương pháp thiết kế các protein mới có thể được ứng dụng trong thuốc, vắc xin, vật liệu nano và các cảm biến siêu nhỏ.   

Nobel là giải thưởng quốc tế do Quỹ Nobel tại Stockholm lập ra từ năm 1901 dựa trên tài sản của Alfred Nobel, nhà phát minh kiêm doanh nhân Thụy Điển. Đến nay, Hội đồng Nobel trao tổng cộng 115 giải Y sinh.

Người đoạt giải sẽ được trao chứng nhận Nobel, huân chương Nobel và tiền thưởng vào ngày 10/12.
Giải Nobel năm nay có 338 ứng cử viên được đề cử, bao gồm 244 cá nhân và 94 tổ chức. Tuần lễ Nobel 2025 sẽ tiếp tục với Nobel Văn học (9/10), Nobel Hòa bình (10/10), Nobel Kinh tế (13/10).

Thái An