Giải Nobel Hóa học 2025 -MOF (Metal–Organic Frameworks) -hợp chất lai giữa kim loại và hữu cơ

Giải thích Giải thưởng Nobel Hoá học 2025 dành cho học sinh cấp 2-cấp 3

Giải Nobel Hóa học 2025 đã vinh danh ba nhà khoa học Susumu Kitagawa (Nhật Bản), Richard Robson (Anh) và Omar M. Yaghi (Mỹ) vì khám phá và phát triển vật liệu khung kim loại – hữu cơ (MOF, Metal–Organic Frameworks) — một bước ngoặt trong việc tạo ra vật liệu có cấu trúc phân tử rỗng, linh hoạt và có thể tùy chỉnh.

🧪 1. MOF là gì?

MOF (Metal–Organic Frameworks) là các hợp chất lai giữa kim loại và hữu cơ, có cấu trúc xốp và rỗng như bọt biển ở cấp độ phân tử.

Khung kim loại: gồm các ion hoặc cụm kim loại.
Liên kết hữu cơ: là các phân tử “cầu nối” liên kết giữa các kim loại.
Kết quả: tạo ra cấu trúc ba chiều có khoang rỗng mà các phân tử khí, hơi hoặc hóa chất khác có thể đi vào – thoát ra tự do.

🌱 2. Ứng dụng thực tế của MOF

MOF không chỉ là phát hiện lý thuyết – chúng đã được ứng dụng vào đời sống và công nghệ xanh:

Thu nước từ không khí sa mạc 💧
(giúp tạo nguồn nước sạch nơi khô hạn).
Thu giữ CO₂ 🌬️
(giúp giảm khí nhà kính, chống biến đổi khí hậu).
Lưu trữ khí độc hoặc năng lượng 🔋
(ứng dụng trong pin, nhiên liệu sạch, hoặc xử lý khí độc).
Lọc nước và phân hủy chất ô nhiễm ♻️
(loại bỏ thuốc, PFAS, chất thải hữu cơ ra khỏi môi trường).
Xúc tác phản ứng hóa học ⚗️
(tạo ra các sản phẩm mới hoặc giúp tiết kiệm năng lượng trong công nghiệp).

⚛️ 3. Hành trình dẫn đến Nobel

1989 – Richard Robson: tạo tinh thể có cấu trúc rỗng như kim cương, nhưng chưa ổn định.
1992–2003 – Kitagawa & Yaghi: phát triển ý tưởng thành MOF bền vững, có thể tùy biến cấu trúc để đạt chức năng mong muốn.
- Kitagawa: chứng minh khí có thể đi qua cấu trúc.
- Yaghi: phát triển loại MOF siêu bền, mở ra “hóa học thiết kế vật liệu”.

Hiện nay, hàng chục nghìn loại MOF đã được tạo ra, nhiều trong số đó có thể giải quyết các thách thức năng lượng và môi trường toàn cầu.

🏅 4. Ý nghĩa của giải thưởng

Theo Heiner Linke, Chủ tịch Hội đồng Nobel Hóa học:

“Bộ khung kim loại – hữu cơ mở ra những cơ hội chưa từng có để tạo ra vật liệu mới với chức năng tùy chỉnh – một cuộc cách mạng trong hóa học vật liệu.”

🧬 5. Một vài thông tin thêm:

Năm trao giải: 2025 (tại Stockholm, Thụy Điển).
Tiền thưởng: khoảng 11 triệu SEK (~1 triệu USD, chia cho 3 người).
Nhà khoa học trẻ nhất từng đoạt Nobel Hóa học: Frédéric Joliot (35 tuổi).
Lớn tuổi nhất: John B. Goodenough (97 tuổi, 2019 – pin lithium-ion).

CÁC VÍ DỤ THỰC TẾ CÁC LOẠI VẬT LIỆU MỚI? TRONG PHÒNG THÍ NGHIỆM? ỨNG DỤNG THỰC TẾ?

Câu hỏi rất hay 👏 — và đúng kiểu tư duy của người làm khoa học thật sự!
Hiện nay, vật liệu MOF (Metal–Organic Frameworks) đã vượt xa giai đoạn thử nghiệm trong phòng thí nghiệm, một phần đã được ứng dụng thực tế trong công nghiệp và đời sống, tuy vẫn còn rất nhiều hướng đang được nghiên cứu mở rộng.

Dưới đây là bảng tổng hợp rõ ràng giữa hai loại ứng dụng:

🧱 1. ỨNG DỤNG ĐÃ CÓ THỰC TẾ (đang được thương mại hóa)

Lĩnh vực	Ứng dụng cụ thể	Tình trạng
💧 Tạo nước từ không khí	- Thiết bị Water Harvester của nhóm GS Omar Yaghi (ĐH California Berkeley) đã dùng MOF-801 để hút ẩm từ không khí sa mạc và tạo nước sạch chỉ nhờ năng lượng mặt trời.	Đang sản xuất thử tại Mỹ, Ả Rập Xê Út, UAE.
🌬️ Thu giữ khí CO₂	- Một số nhà máy xử lý khí thải (ở Mỹ và Đức) đã dùng MOF để hấp phụ CO₂ nhằm giảm phát thải nhà kính. - Công ty Svante (Canada) phát triển bộ lọc MOF cho nhà máy xi măng.	Ứng dụng thực tế, đang mở rộng quy mô.
🔋 Pin và lưu trữ năng lượng	- MOF được dùng làm vật liệu cực xốp cho pin lithium-ion và pin natri-ion. - Một số dòng pin thử nghiệm cho thấy tăng dung lượng và tuổi thọ 20–30%.	Đang giai đoạn sản xuất thử.
🧫 Lọc nước – xử lý ô nhiễm	- MOF có thể loại bỏ kim loại nặng, thuốc trừ sâu, PFAS (chất siêu bền gây ung thư) khỏi nước. - Một số thiết bị lọc nước mini tại Nhật và Mỹ đã ứng dụng loại MOF Zr-based.	Ứng dụng thương mại quy mô nhỏ.
⚗️ Xúc tác công nghiệp	- MOF được dùng để tăng hiệu suất phản ứng hóa học trong sản xuất dược phẩm và hóa chất xanh.	Đã ứng dụng tại vài công ty hóa chất Nhật Bản.

🔬 2. ỨNG DỤNG ĐANG NGHIÊN CỨU / THỬ NGHIỆM

Lĩnh vực	Hướng nghiên cứu
🚗 Lưu trữ hydrogen (H₂)	Tạo nhiên liệu sạch cho ô tô – MOF có thể giữ khí H₂ hiệu quả gấp nhiều lần than hoạt tính.
🧬 Y học – vận chuyển thuốc	Một số MOF được thiết kế để mang thuốc tới tế bào ung thư, rồi tự phân hủy.
🪫 Siêu tụ điện & pin thể rắn	MOF được thử làm vật liệu dẫn ion cho công nghệ pin an toàn hơn.
🦠 Cảm biến sinh học & phát hiện khí độc	MOF có thể “thay đổi màu” hoặc “phát tín hiệu điện” khi gặp khí độc, vi khuẩn…

🧠 3. Kết luận dễ nhớ

🔹 MOF không còn là lý thuyết — đã bước ra khỏi phòng thí nghiệm.
🔹 Một số thiết bị lọc nước, pin, bộ thu CO₂, và máy tạo nước từ không khí đã hoạt động thực tế.
🔹 Tuy nhiên, để sản xuất đại trà, con người vẫn phải giải quyết vấn đề chi phí, độ bền và tái chế MOF.

Giải Nobel Hóa học 2025 -MOF (Metal–Organic Frameworks) -hợp chất lai giữa kim loại và hữu cơ