Metallorgaanilised võrestikud on molekulaarsed konstruktsioonid, kus metalliioone võib võrrelda nurgakividega, mida ühendavad pikad orgaanilised ehk süsinikupõhised molekulid. Üheskoos moodustavad need korrapäraseid kristalle, milles on suured tühimikud. Just need poorid annavad sedasorti materjalidele erilised omadused, võimaldades gaasidel ja teistel ainetel vabalt sisse ja välja liikuda.

"Lõpuks said MOF-i tegelased ka Nobeli preemia, seda oli juba ammu oodata.  MOF-id on üks viimaste aastakümnete suurima mõjuga teaduslikke läbimurdeid. Need ainulaadsed materjalid ühendavad metalle ja orgaanilisi molekule, moodustades erakordselt poorse ja samas täpselt häälestatava struktuuri," selgitas Nadežda Kongi, Tartu Ülikooli kolloid- ja keskkonnakeemia kaasprofessor, kes ka ise metall-orgaanilisi raamistikke uurib.

Valdkonna teerajaja oli Richard Robson, kes 1989. aastal lõi esimese sihilikult disainitud avara kristallstruktuuri, saades inspiratsiooni teemandi ehitusest. Ta näitas, et metalliioone ja orgaanilisi ühenduslülisid kombineerides on võimalik luua korrapäraseid ja poorseid võrgustikke. Tema esialgsed konstruktsioonid olid aga haprad ja kippusid kergesti lagunema.

Stabiilsete ja funktsionaalsete materjalide loomiseni jõudsid teineteisest sõltumatult Susumu Kitagawa ja Omar Yaghi. Kitagawa näitas 1997. aastal, et tema loodud võrestikud suudavad gaase, näiteks metaani, talletada ja vabastada, ilma et nende struktuur seejuures kokku variseks. Tema oluline panus seisnes ka arusaamas, et MOF-id saavad painduda ja muuta oma kuju vastavalt välistele stiimulitele, näiteks gaasi lisamisel või eemaldamisel.

Omar M. Yaghi lõi 1999. aastal ikoonilise materjali MOF-5, mis oli erakordselt stabiilne ja suure sisepindalaga – paar grammi materjali võib peita endas jalgpalliväljaku suurust pinda. Ta võttis esimesena kasutusele ka mõiste "metallorgaaniline võrestik" ja näitas, et nende materjalide omadusi saab sihipäraselt ette ennustada, muutes süstemaatiliselt nende ehituskive ja pooride suurust.

Tervikuna panid laureaadid aluse valdkonnale, mis pakub lahendusi paljudele praktilistele probleemidele. Tänu MOF-ide disainitavale struktuurile saab neid kohandada väga spetsiifilisteks ülesanneteks.

Nadežda Kongi kinnitas, et MOF-ide rakendused ulatuvad keskkonnatehnoloogiast ja energeetikast kuni biomeditsiini ja keemiatööstuseni. "Need sobivad paljudeks eesmärkideks – alates süsinikdioksiidi sidumisest ja vesiniku või metaani salvestamisest kuni vee puhastamise, ravimite kontrollitud vabastamise ja isegi uute elektrokeemiliste seadmete väljatöötamiseni," tõi kaasprofessor näiteid.

Nii on välja töötatud materjale, mis toimivad justkui molekulaarsed sõelad, eemaldades veest kahjulikke ühendeid, näiteks laialt levinud PFAS-kemikaale ehk "igavesi kemikaale". 

Samuti pakuvad MOF-id lahendusi loodusvarade kasutamiseks. Yaghi uurimisrühm on muuhulgas demonstreerinud, kuidas spetsiaalne MOF suudab koguda joogivett isegi kuivast kõrbeõhust. Teisi sõrestikke on optimeeritud gaaside, näiteks vesiniku säilitamiseks, mis on oluline samm vesinikkütusel töötavate sõidukite arendamisel, kuna see võimaldab gaasi ohutult ja normaalse rõhu all hoiustada. 

Seeläbi andis Susumu Kitagawa, Richard Robsoni ja Omar Yaghi töö keemikutele uue molekulaarse tööriistakasti, mis pakub lahendusi paljudele tänapäeva väljakutsetele. Kuigi valdkond on alles oma arengu alguses, tõotavad metallorgaanilised karkassid mängida tuleviku materjaliteaduses olulist rolli.

"On väga innustav näha, et see valdkond, millega me ka Eestis aktiivselt tegeleme, on pälvinud Nobeli keemiapreemia – see on suur tunnustus kogu MOF-ide uurimissuuna jaoks," lisas Kongi.

Uudis on täiendamisel.

Möödunud aastal said Nobeli keemiapreemia USA biokeemik David Baker ning ettevõtte DeepMind arvutiteadlased Demis Hassabis ja John Jumper, kelle töö võimaldab ennustada arvutuslikult valkude kolmemõõtmelist kuju ning ehitada nullist looduses mittekohatavaid valke.

Nobeli preemiat füüsikas antakse välja alates 1901. aastast. Alates 2023. aastast on Nobeli preemia väärtus 11 miljonit Rootsi krooni (u miljon eurot). Lisaks rahalisele auhinnale saavad laureaadid Nobeli bareljeefiga kuldmedali ja diplomi.