2025 का नोबेल रसायन विज्ञान पुरस्कार

• Susumu Kitagawa, Richard Robson, Omar M. Yaghi को metal–organic frameworks (MOF) के विकास के लिए 2025 का नोबेल रसायन विज्ञान पुरस्कार मिला
• MOF बड़े cavity वाले आणविक आर्किटेक्चर हैं, जिनमें जल अणु भंडारण, carbon capture, hydrogen storage, प्रदूषक हटाने जैसे कई उपयोगों की संभावना है
• अभिनव MOF के शुरुआती डिज़ाइन और व्यावहारिक उपयोग से कस्टम chemical materials के दसियों हज़ार प्रकार विकसित करना संभव हुआ
• पारंपरिक materials के विपरीत, MOF की flexibility, विविध molecular combinations, high functionality जैसी अनोखी खूबियां उभरकर सामने आईं
• MOF शोध और उद्योग दोनों में नए chemical solutions प्रस्तुत कर रहे हैं और 21वीं सदी की एक प्रमुख सामग्री के रूप में उभर रहे हैं

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नई रसायन विज्ञान की जगह का निर्माण: 2025 का नोबेल रसायन विज्ञान पुरस्कार

अवलोकन

• 2025 का नोबेल रसायन विज्ञान पुरस्कार Susumu Kitagawa, Richard Robson, Omar M. Yaghi को दिया गया
• इन्होंने metal–organic frameworks (MOF) नामक एक अभिनव आणविक संरचना विकसित की
• MOF ऐसे आर्किटेक्चर हैं जिनके भीतर बहुत बड़े cavity होते हैं, जिनमें विभिन्न अणु अंदर-बाहर जा सकते हैं
• इसके जरिए रेगिस्तानी हवा से पानी निकालना, प्रदूषक हटाना, carbon dioxide capture, hydrogen storage जैसे कई अभिनव अनुप्रयोग संभव हुए

MOF की उत्पत्ति और मूल विचार

लकड़ी के molecular model से शुरू हुआ विचार (Richard Robson)

• 1974 में Richard Robson ने छात्रों को पढ़ाने के लिए molecular wooden model बनाते समय परमाणुओं के बंधन तरीकों से प्रेरणा ली
• उन्होंने carbon की तरह चार दिशाओं में बंध बनाने वाले metal ion (copper ion) और चार arms वाले organic molecules को जोड़ने का विचार बनाया
• इसके परिणामस्वरूप, उन्होंने पहली बार भीतर बहुत बड़े cavity वाला एक सुव्यवस्थित molecular crystal बनाया
• 1989 में इस अभिनव संरचना को प्रकाशित करते हुए उन्होंने नई material design method की संभावना का पूर्वानुमान किया

प्रयोग और भविष्य-दृष्टि वाले प्रस्ताव

• Robson ने विभिन्न ions और molecules को मिलाकर cavity संरचनाएं बनाईं और प्रयोग से दिखाया कि उनके भीतर ion exchange वास्तव में संभव है
• इन संरचनाओं ने selective chemical reaction catalysts जैसे नई अवधारणा वाले chemical materials तक विस्तार की संभावना दिखाई
• उस समय ये संरचनाएं अस्थिर थीं, लेकिन उनकी भविष्य-दृष्टि ने बाद के शोधकर्ताओं को प्रेरित किया

Kitagawa और Yaghi की स्वतंत्र अग्रणी यात्रा

Kitagawa: “बेकार चीज़ की उपयोगिता”

• Susumu Kitagawa ने “बेकार का उपयोग” के सिद्धांत के तहत शुरुआत में ऐसे porous molecular structures विकसित किए जिनका कोई विशेष उपयोग तुरंत स्पष्ट नहीं था
• 1992 में copper ion आधारित 2D structure प्रकाशित करने के बाद, 1997 में उन्होंने टिकाऊ और gas storage में सक्षम 3D MOF को साकार किया
• मौजूदा zeolite की तुलना में MOF में material flexibility और constituent molecules की विविधता जैसी विशिष्ट ताकतें थीं
• 1998 में उन्होंने MOF की flexibility की अवधारणा प्रस्तुत कर अकादमिक जगत को एक नया paradigm दिया

Yaghi: परमाणु-स्तर डिज़ाइन के प्रति दृढ़ता

• Omar Yaghi कठिन परिस्थितियों में बड़े हुए और molecular structures को लेकर गहरी जिज्ञासा रखते थे
• 1992 में Arizona State University में उन्होंने तर्कसंगत molecular design की कोशिश की और metal ions तथा organic molecules को जोड़कर 2D MOF प्रकाशित किया
• 1995 में उन्होंने पहली बार “metal–organic framework” शब्द प्रस्तावित किया और MOF क्षेत्र को गंभीर रूप से आगे बढ़ाया
• 1999 में उन्होंने प्रतिनिधि material MOF-5 विकसित किया, जिसने दिखाया कि सिर्फ 2~3g से फुटबॉल मैदान जितना आंतरिक surface area मिल सकता है
• 2002~2003 में उन्होंने सिद्ध किया कि विभिन्न cavity sizes वाले MOF को लाभकारी ढंग से डिज़ाइन किया जा सकता है

MOF के अनुप्रयोग और प्रभाव

कई क्षेत्रों में अभिनव उपयोग

• MOF को molecular स्तर पर कस्टमाइज़ किया जा सकता है, इसलिए water absorption, gas storage, drug delivery, toxic gas capture, pollutant decomposition जैसे दर्जनों high-function applications संभव हैं
• Yaghi समूह ने रेगिस्तानी हवा से पानी निकालने जैसे उदाहरणों से इनके व्यावहारिक उपयोग की संभावना साबित की
• UiO-67, MIL-101, ZIF-8, CALF-20, NU-1501 जैसे MOF materials का hydrogen/carbon dioxide storage, PFAS removal, rare earth extraction के लिए औद्योगिक स्थलों पर परीक्षण हो रहा है

21वीं सदी की भविष्य सामग्री के रूप में उम्मीदें

• MOF अभी छोटे पैमाने के शोध और prototype production चरण में हैं, लेकिन mass production और commercialization को अब गंभीरता से आगे बढ़ाया जा रहा है
• इलेक्ट्रॉनिक्स उद्योग में हानिकारक गैसों के भंडारण, carbon capture, hydrogen storage जैसे climate और environmental problem-solving solutions के रूप में भी इन पर ध्यान बढ़ रहा है
• कई शोधकर्ताओं का मानना है कि MOF 21वीं सदी की प्रतिनिधि नई सामग्री बन सकते हैं

प्रमुख पुरस्कार विजेताओं का परिचय

• Susumu Kitagawa: 1951 में Kyoto, Japan में जन्म, Kyoto University से PhD, Kyoto University में प्रोफेसर
• Richard Robson: 1937 में UK में जन्म, University of Oxford से PhD, University of Melbourne में प्रोफेसर
• Omar M. Yaghi: 1965 में Amman, Jordan में जन्म, University of Illinois से PhD, UC Berkeley में प्रोफेसर

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अतिरिक्त जानकारी

• अधिक विस्तृत वैज्ञानिक पृष्ठभूमि और सामग्री www.nobelprize.org पर उपलब्ध है
• पुरस्कार से जुड़े वीडियो, व्याख्यान और प्रदर्शनी की जानकारी Nobel Prize Museum की आधिकारिक साइट पर देखी जा सकती है

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metal–organic frameworks के विकास के लिए 2025 का नोबेल रसायन विज्ञान पुरस्कार
Susumu Kitagawa, Richard Robson, Omar M. Yaghi
“for the development of metal–organic frameworks”
© The Royal Swedish Academy of Sciences

[GN⁺]

Hacker News राय

• विजेताओं को बधाई दी गई, और कहा गया कि यह सचमुच पूरी तरह योग्य उपलब्धि है संक्षेप में, स्पंज जैसे छिद्रदार पदार्थ reaction speed बढ़ाने और molecules (पानी, CO2, प्रदूषक आदि) को capture और release करने में उपयोगी होते हैं; जितना अधिक surface area, उतनी अधिक उनकी उपयोगिता पहले मुख्यतः zeolite (प्राकृतिक और synthetic aluminosilicate खनिज) का उपयोग होता था, लेकिन synthetic zeolite लगभग पूरी तरह trial and error से बनाए जाते थे MOF(Metal-Organic Framework) को पहले से design किया जा सकता है, और उनका surface area zeolite से कहीं अधिक बड़ा होता है (zeolite आमतौर पर 20-400 m2/ग्राम, MOF 1000-7000+ m2/ग्राम) अभी MOF महंगे हैं, इसलिए फिलहाल zeolite का उपयोग करना पड़ता है, लेकिन अब Amazon पर भी MOF खरीदे जा सकते हैं, इतनी उनकी पहुँच बढ़ गई है, और उम्मीद है कि आगे चलकर सरल MOF की कीमत कम होगी

• "आहा!" क्षण की कहानी ने मुझे प्रेरित किया कि ideas के साथ physical तौर पर काम करना चाहिए मैंने लकड़ी की गेंदें वापस लेकर molecular model बनाए, और समझा कि जानकारी holes की position में छिपी हुई है अपने-आप सही shape और structure बन गए, और यह atoms के गुणों का उपयोग कर नई molecular structures design करने के विचार तक पहुँचा

• <Surely You Must Be Joking, Mr. Feynman> में Richard Feynman की वह घटना याद आई, जब ideas अटक जाने पर उन्होंने restaurant में घूमती हुई plate को देखा और उससे एक mathematical relation का अध्ययन शुरू किया उस समय की गई mathematics का अपने-आप में कोई खास उद्देश्य नहीं था, लेकिन बाद में उसी ने Nobel Prize मिलने में निर्णायक भूमिका निभाई यह संदेश दिया गया कि play की शक्ति को कभी कम मत आँकिए

• ऐसे materials सचमुच विशाल internal surface area वाले real-world Menger sponge जैसे लगते हैं 15 साल पहले desulfurization catalyst (कच्चे तेल से sulfur components हटाने वाला catalyst ताकि fuel से बदबू न आए) कंपनी में intern रहते हुए मैंने कुछ easy-to-handle air-stable MOF बनाए थे catalyst surface पर fluid और catalyst की reaction होती है, इसलिए surface area जितना बड़ा होगा, reaction speed और effectiveness उतनी बढ़ेगी paper को follow करके MOF दोबारा बनाए थे, और internal surface area सचमुच इतना विशाल था कि कंपनी के सभी लोग चकित रह गए थे मैंने तो बस experiment दोहराया और surface area मापा था, फिर भी top grade evaluation मिला, इसलिए MOF बनाने वाले Yaghi और उनकी research team के प्रति आभार है, और यह हमेशा एक अच्छी याद बनी रहेगी

  • ऐसी चीज़ों पर experiment करना अच्छा है, लेकिन क्या इन्हें वास्तविक industry में इस्तेमाल करने के लिए patent या license की वजह से महंगी fees की चिंता नहीं करनी पड़ेगी, यह सवाल उठाया गया

  • "विशाल internal surface area वाला real-world Menger sponge" इस अभिव्यक्ति पर, "मैं भी हमेशा वहीं रहा हूँ" जैसी चुटीली प्रतिक्रिया दी गई

• MOF पिछले 10 सालों से chemistry जगत में "hot" topic रहा है, इसलिए यह award बहुत चौंकाने वाला नहीं है; विजेताओं को बधाई दी गई

• कहा गया कि explanation बहुत अच्छी तरह लिखी गई थी, लेकिन कुछ बातें खटकीं ‘metal–organic’ में hyphen की जगह en dash का इस्तेमाल, और “the ions and molecules inherent attraction…” में possessive apostrophe का गायब होना ध्यान खींचता है

  • दूसरी apostrophe की कमी तो बस typo है, लेकिन पहली जगह en dash का उपयोग बिल्कुल सही और देखने में अच्छा है Wikipedia के उदाहरण की तरह, en dash संबंध दिखाने के लिए इस्तेमाल होता है, और article तथा tweet दोनों में en dash का लगातार उपयोग प्रभावशाली लगा en dash पर Wikipedia संदर्भ

  • अगर कोई Swedish हो, तो English apostrophe का इस्तेमाल स्वाभाविक नहीं होता, इसलिए English में लिखते समय गलती करना आसान है, और उलटा भी उतना ही सही है

  • आजकल hyphen, en dash और em dash का अंतर बहुत कम लोग जानते हैं, और internet environment में fonts और character sets बदलने से errors और बढ़ जाते हैं typewriter के समय की तरह '-' से hyphen और en dash, और ' -- ' से em dash अलग करने की परंपरा जम नहीं पाई Microsoft Word का प्रभाव भी काफी बड़ा है apostrophe typo के लिए हालांकि कोई बहाना नहीं है, यह बात भी कही गई

• Professor Kitagawa के <takumigokoro>(匠心, शिल्पकार का मन) के बारे में कहा गया कि संदर्भित Daoist Zhuangzi की कहानी को थोड़ा और समझाने की ज़रूरत है बढ़ई Lu Ban की कथा सुनाई गई, जो जटिल लेकिन उपयोगी संरचनाएँ बहुत कुशलता से बनाता है, लेकिन उपयोगिता के पीछे भागते-भागते अंततः वह वह अमरता नहीं पा सका जिसकी वह सच में इच्छा रखता था Zhuangzi का मानना था कि Lu Ban ‘uselessness of uselessness’ को समझ नहीं पाया, लेकिन वास्तव में Lu Ban कारीगरों के बीच देवता की तरह पूजे जाने लगा

• organic chemistry से materials design करने का सबसे शानदार तरीका यह है कि आप अपने छोटे Lego blocks design करें, और वे अपने-आप जुड़कर बेहद विशाल structure बना लें

  • इस पर मज़ाक में कहा गया कि प्रकृति यह तरीका 50 करोड़ साल पहले ही जान चुकी थी

• अगर उम्मीद के मुताबिक practical use संभव हो गया, तो MOF के applications सचमुच अद्भुत होंगे

  • अगर रेगिस्तान में भी हवा से पानी निकाला जा सके, तो यह बहुत बड़ा बदलाव होगा; हालांकि यह चिंता हो सकती है कि हवा कहीं बहुत सूखी न हो जाए, लेकिन इसे manage किया जा सकेगा

  • CO2 को underground store करके greenhouse gas problem सुलझाई जा सकती है, और natural gas industry में पहले से gas capture technology मौजूद है बस हवा से pure CO2 को capture करने का तरीका चाहिए, और उम्मीद है कि MOF इसे संभव बनाने वाली सबसे बेहतरीन technology होगी

  • यह कहा गया कि हवा से pure CO2 capture करने में लगने वाले resources कल्पना से कहीं अधिक विशाल होंगे

  • पूछा गया कि क्या हवा से पानी निकालने की technology बेहतर dehumidifier में बदल सकती है

• article में इस्तेमाल की गई units उलझन पैदा करती हैं उदाहरण के लिए, "कुछ ग्राम MOF-5 का area एक football field जितना होता है" जैसा वाक्य है, लेकिन gram तो mass की unit है और football field 2D area है, तो दोनों का संबंध क्या है, यह समझ नहीं आता क्या मतलब यह है कि कुछ ग्राम MOF-5 में इतनी gas समा सकती है कि 1 atmosphere पर वह football field जितनी जगह भर दे? लेकिन यह कुछ ज़्यादा ही खींची हुई व्याख्या लगती है

  • यह internal surface area की बात है। उदाहरण के लिए, 10g Swiss cheese के अंदर के holes का surface area कितना है, इसे गिनने जैसा समझिए

  • इसे ऐसे समझना आसान है: football field जितने आकार के एक बहुत पतले blanket को मरोड़कर एक बहुत छोटी गेंद बना दी जाए