รางวัลโนเบลสาขาเคมี ปี 2025

• Susumu Kitagawa, Richard Robson, Omar M. Yaghi ได้รับรางวัลโนเบลสาขาเคมี ปี 2025 จากการพัฒนา metal–organic frameworks (MOF)
• MOF คือสถาปัตยกรรมระดับโมเลกุลที่มี โพรงภายใน (cavity) ขนาดใหญ่ และมีศักยภาพในการประยุกต์ใช้หลากหลาย เช่น การกักเก็บโมเลกุลน้ำ การดักจับคาร์บอน การกักเก็บไฮโดรเจน และการกำจัดมลพิษ
• การออกแบบและทำให้ MOF เชิงนวัตกรรมใช้งานได้จริงเป็นครั้งแรก ทำให้สามารถพัฒนา วัสดุเคมีแบบสั่งออกแบบ ได้หลายหมื่นชนิด
• ต่างจากวัสดุแบบเดิม MOF มีจุดเด่นเฉพาะตัวในด้าน ความยืดหยุ่น การผสมผสานโมเลกุลที่หลากหลาย และสมรรถนะสูง
• MOF กำลังนำเสนอ โซลูชันทางเคมีรูปแบบใหม่ ให้ทั้งวงการวิจัยและอุตสาหกรรม และกำลังก้าวขึ้นเป็นวัสดุสำคัญแห่งศตวรรษที่ 21

---

การสร้างสรรค์พื้นที่ของเคมีใหม่: รางวัลโนเบลสาขาเคมี ปี 2025

ภาพรวม

• รางวัลโนเบลสาขาเคมี ปี 2025 มอบให้แก่ Susumu Kitagawa, Richard Robson, Omar M. Yaghi
• ทั้งสามได้พัฒนาโครงสร้างโมเลกุลเชิงนวัตกรรมที่เรียกว่า metal–organic frameworks (MOF)
• MOF เป็นโครงสร้างสถาปัตยกรรมที่มีโพรงภายใน (cavity) ขนาดใหญ่มาก ทำให้โมเลกุลชนิดต่าง ๆ เข้าออกได้
• สิ่งนี้นำไปสู่การประยุกต์ใช้นวัตกรรมหลากหลาย เช่น การสกัดน้ำจากอากาศในทะเลทราย การกำจัดมลพิษ การดักจับคาร์บอนไดออกไซด์ และการกักเก็บไฮโดรเจน

ที่มาและแนวคิดเบื้องหลังการถือกำเนิดของ MOF

แนวคิดที่เริ่มจากแบบจำลองโมเลกุลไม้ (Richard Robson)

• ในปี 1974 Richard Robson ได้สร้าง แบบจำลองโมเลกุลจากไม้ เพื่อการเรียนการสอน และได้แรงบันดาลใจจากวิธีการเชื่อมโยงกันของอะตอม
• เขาคิดแนวทางผสมผสานโลหะไอออนที่จับพันธะได้สี่ทิศทาง เช่น คาร์บอนและ copper ion เข้ากับโมเลกุลอินทรีย์ที่มีแขน 4 แขน
• ผลลัพธ์คือการสร้าง ผลึกโมเลกุลที่เป็นระเบียบ ซึ่งมีโพรงภายในขนาดใหญ่มากได้เป็นครั้งแรก
• เขาตีพิมพ์โครงสร้างนวัตกรรมนี้ในปี 1989 และคาดการณ์ถึง วิธีการออกแบบวัสดุแบบใหม่

การทดลองและข้อเสนอที่มองไปสู่อนาคต

• Robson หลอมรวมไอออนและโมเลกุลหลากหลายชนิดเพื่อสร้าง โครงสร้างแบบมีโพรง และแสดงให้เห็นเชิงทดลองว่าสามารถแลกเปลี่ยนไอออนภายในได้จริง
• โครงสร้างนี้ชี้ให้เห็นศักยภาพในการต่อยอดเป็น วัสดุเคมีแนวคิดใหม่ เช่น ตัวเร่งปฏิกิริยาเคมีแบบเลือกจำเพาะ
• แม้ในเวลานั้นโครงสร้างดังกล่าวยังไม่เสถียร แต่แนวคิดที่มองไกลนี้ได้สร้างแรงบันดาลใจให้นักวิจัยรุ่นต่อมา

การบุกเบิกอย่างอิสระของ Kitagawa และ Yaghi

Kitagawa: “ประโยชน์ของสิ่งที่ดูไร้ประโยชน์”

• Susumu Kitagawa พัฒนา โครงสร้างโมเลกุลพรุน ซึ่งในระยะแรกยังไม่มีการใช้งานเฉพาะ ภายใต้หลักการ “ประโยชน์ของความไร้ประโยชน์”
• หลังจากตีพิมพ์ โครงสร้างแบบสองมิติที่อาศัย copper ion ในปี 1992 เขาได้สร้าง MOF แบบสามมิติ ที่ทนทานและกักเก็บก๊าซได้ในปี 1997
• เมื่อเทียบกับ zeolite แล้ว MOF มีจุดแข็งเฉพาะ เช่น ความยืดหยุ่นของวัสดุ และ ความหลากหลายของโมเลกุลองค์ประกอบ
• ในปี 1998 เขาเสนอแนวคิดเรื่อง ความยืดหยุ่น ของ MOF ซึ่งเปิดกระบวนทัศน์ใหม่ให้แก่วงการวิชาการ

Yaghi: ความมุ่งมั่นในการออกแบบระดับอะตอม

• Omar Yaghi เติบโตขึ้นมาในสภาพแวดล้อมที่ยากลำบาก และมีความใคร่รู้อย่างลึกซึ้งต่อ โครงสร้างโมเลกุล
• ในปี 1992 ที่ Arizona State University เขาได้ทดลองการออกแบบโมเลกุลอย่างมีเหตุผล โดยผสมโลหะไอออนกับโมเลกุลอินทรีย์และตีพิมพ์ MOF แบบสองมิติ
• ในปี 1995 เขาเป็นผู้เสนอคำว่า “metal–organic framework” เป็นครั้งแรก และก้าวขึ้นมาเป็นผู้นำในสาขา MOF อย่างจริงจัง
• ในปี 1999 เขาพัฒนา MOF-5 ซึ่งเป็นวัสดุตัวแทนสำคัญ แสดงให้เห็นนวัตกรรมด้วยพื้นที่ผิวภายในขนาดเท่าสนามฟุตบอลจากวัสดุเพียง 2–3 กรัม
• ในช่วงปี 2002–2003 เขาพิสูจน์ว่าสามารถออกแบบ MOF ที่มีขนาดโพรงหลากหลายได้อย่างมีประสิทธิภาพ

การประยุกต์ใช้และอิทธิพลของ MOF

การใช้งานเชิงนวัตกรรมในหลายด้าน

• MOF สามารถออกแบบเฉพาะทางได้ในระดับโมเลกุล จึงรองรับการใช้งานสมรรถนะสูงได้หลายสิบรูปแบบ เช่น การดูดซับน้ำ การกักเก็บก๊าซ การส่งยารักษาโรค การดักจับก๊าซพิษ และการย่อยสลายมลพิษ
• กลุ่มวิจัยของ Yaghi ได้พิสูจน์ศักยภาพการใช้งานจริง เช่น การสกัดน้ำจากอากาศในทะเลทราย
• วัสดุ MOF อย่าง UiO-67, MIL-101, ZIF-8, CALF-20 และ NU-1501 กำลังถูกทดลองใช้ในภาคอุตสาหกรรมสำหรับ การกักเก็บไฮโดรเจน/คาร์บอนไดออกไซด์ การกำจัด PFAS และการสกัดแร่หายาก

ความคาดหวังในฐานะวัสดุแห่งอนาคตของศตวรรษที่ 21

• ปัจจุบัน MOF ยังอยู่ในระยะการวิจัยขนาดเล็กและการผลิตต้นแบบ แต่กำลังมีการผลักดัน การผลิตจำนวนมาก และ การนำไปใช้เชิงพาณิชย์ อย่างจริงจัง
• วัสดุนี้ยังได้รับความสนใจในฐานะ โซลูชันแก้ปัญหาสภาพภูมิอากาศและสิ่งแวดล้อม เช่น การกักเก็บก๊าซอันตรายในอุตสาหกรรมอิเล็กทรอนิกส์ การดักจับคาร์บอน และการกักเก็บไฮโดรเจน
• นักวิจัยจำนวนมากมองว่า MOF จะกลายเป็น วัสดุใหม่ตัวแทนของศตวรรษที่ 21

ประวัติผู้ได้รับรางวัลหลัก

• Susumu Kitagawa: เกิดปี 1951 ที่เกียวโต ประเทศญี่ปุ่น, ดุษฎีบัณฑิตจากมหาวิทยาลัยเกียวโต, ศาสตราจารย์มหาวิทยาลัยเกียวโต
• Richard Robson: เกิดปี 1937 ที่สหราชอาณาจักร, ดุษฎีบัณฑิตจากมหาวิทยาลัยออกซฟอร์ด, ศาสตราจารย์มหาวิทยาลัยเมลเบิร์น
• Omar M. Yaghi: เกิดปี 1965 ที่อัมมาน ประเทศจอร์แดน, ดุษฎีบัณฑิตจากมหาวิทยาลัยอิลลินอยส์, ศาสตราจารย์ UC Berkeley

---

ข้อมูลเพิ่มเติม

• ข้อมูลเชิงวิทยาศาสตร์และเอกสารเพิ่มเติมมีให้ที่ www.nobelprize.org
• วิดีโอที่เกี่ยวข้องกับรางวัล การบรรยาย และข้อมูลนิทรรศการ สามารถดูได้จากเว็บไซต์ทางการของ Nobel Prize Museum

---

ได้รับรางวัลโนเบลสาขาเคมี ปี 2025 จากการพัฒนา metal–organic frameworks
Susumu Kitagawa, Richard Robson, Omar M. Yaghi
“for the development of metal–organic frameworks”
© The Royal Swedish Academy of Sciences

[GN⁺]

ความคิดเห็นจาก Hacker News

• ขอแสดงความยินดีกับผู้ได้รับรางวัล เป็นผลงานที่คู่ควรอย่างแท้จริง อธิบายสั้น ๆ คือ วัสดุพรุนคล้ายฟองน้ำช่วยเพิ่มอัตราการเกิดปฏิกิริยา และมีประโยชน์ในการจับและปล่อยโมเลกุลต่าง ๆ (น้ำ, CO2, สารมลพิษ ฯลฯ) ยิ่งมีพื้นที่ผิวมากก็ยิ่งมีคุณค่า เมื่อก่อนมักใช้ซีโอไลต์เป็นหลัก (แร่ aluminosilicate ทั้งแบบธรรมชาติและสังเคราะห์) แต่ซีโอไลต์สังเคราะห์แทบจะสร้างกันด้วยการลองผิดลองถูก ส่วน MOF (Metal-Organic Framework) สามารถออกแบบล่วงหน้าได้ และมีพื้นที่ผิวมากกว่าซีโอไลต์อย่างมาก (ซีโอไลต์โดยทั่วไปอยู่ที่ 20-400 m2/กรัม, MOF อยู่ที่ 1000-7000+ m2/กรัม) ตอนนี้ MOF ยังมีราคาแพงจึงยังต้องใช้ซีโอไลต์ไปก่อน แต่การเข้าถึงดีขึ้นถึงขั้นที่ตอนนี้สามารถซื้อ MOF ได้แม้แต่ใน Amazon และคาดว่า MOF แบบง่าย ๆ จะมีราคาลดลงในอนาคต

• เรื่องเกี่ยวกับช่วงเวลา "อ๋อ!" ทำให้ฉันได้แรงบันดาลใจให้ลองจัดการกับไอเดียในเชิงกายภาพ ฉันเอาลูกบอลไม้กลับมาแล้วลองสร้างแบบจำลองโมเลกุล จึงตระหนักได้ว่าข้อมูลซ่อนอยู่ในตำแหน่งของรู รูปร่างและโครงสร้างที่ถูกต้องก่อตัวขึ้นเองโดยอัตโนมัติ และนำไปสู่แนวคิดการออกแบบโครงสร้างโมเลกุลใหม่โดยใช้คุณสมบัติของอะตอม

• นึกถึงเกร็ดจาก <Surely You Must Be Joking, Mr. Feynman> ที่ Richard Feynman ตอนคิดอะไรไม่ออก ได้มองจานที่กำลังหมุนในร้านอาหารแล้วเริ่มศึกษาความสัมพันธ์ทางคณิตศาสตร์ ตอนนั้นตัวคณิตศาสตร์ที่คำนวณเองไม่ได้มีจุดประสงค์พิเศษอะไร แต่ภายหลังก็มีบทบาทชี้ขาดในการทำให้เขาได้รางวัลโนเบล เป็นข้อความที่บอกว่าอย่าประเมินพลังของการเล่นต่ำเกินไปเด็ดขาด

• วัสดุแบบนี้ให้ความรู้สึกเหมือน Menger sponge เวอร์ชันโลกจริงที่มีพื้นที่ผิวภายในมหาศาล เมื่อ 15 ปีก่อนตอนเป็นเด็กฝึกงานที่บริษัทตัวเร่งปฏิกิริยากำจัดกำมะถัน (ตัวเร่งที่เอาส่วนประกอบกำมะถันออกจากน้ำมันดิบเพื่อให้เชื้อเพลิงไม่มีกลิ่นเหม็น) ฉันเคยทำ MOF ที่เสถียรในอากาศและจัดการได้ง่ายอยู่หลายตัว เพราะปฏิกิริยาระหว่างของไหลกับตัวเร่งเกิดขึ้นที่พื้นผิวของตัวเร่ง พื้นที่ผิวที่มากกว่าจึงเพิ่มทั้งความเร็วและประสิทธิภาพของปฏิกิริยา ฉันลองทำ MOF ตามงานวิจัยดู และจำได้ว่าทุกคนในบริษัทช็อกกับพื้นที่ผิวภายในที่สูงอย่างไม่น่าเชื่อ ทั้งที่แค่ทำตามการทดลองและวัดพื้นที่ผิวเท่านั้น แต่กลับได้คะแนนประเมินระดับสูงสุด เลยอยากขอบคุณ Yaghi และคณะนักวิจัยที่สร้าง MOF ขึ้นมา และยังคงเป็นความทรงจำที่ดีเสมอ

  • การทดลองสิ่งเหล่านี้ก็ดีอยู่ แต่ถ้าจะใช้ในอุตสาหกรรมจริง ก็คงต้องกังวลเรื่องสิทธิบัตรหรือไลเซนส์ที่ทำให้ค่าใช้งานแพงไม่ใช่หรือ

  • ต่อวลี "Menger sponge เวอร์ชันโลกจริงที่มีพื้นที่ผิวภายในมหาศาล" ด้วยมุกขำ ๆ ว่าฉันก็อยู่ตรงนั้นมาตลอดเหมือนกัน

• MOF เป็นหัวข้อที่ "มาแรง" ในวงการเคมีตลอด 10 ปีที่ผ่านมา ดังนั้นการได้รับรางวัลจึงไม่ได้น่าแปลกใจมากนัก ขอแสดงความยินดีกับผู้ได้รับรางวัล

• ชอบเพราะคำอธิบายเขียนได้ดีมาก แต่ก็มีจุดที่น่าเสียดายอยู่บ้าง รู้สึกขัดใจกับการใช้ en dash แทน hyphen ในคำว่า ‘metal–organic’ และการขาด apostrophe แสดงเจ้าของใน “the ions and molecules inherent attraction…”

  • อันที่สองที่ apostrophe หายไปเป็นแค่พิมพ์ผิด แต่ข้อแรกนั้นการใช้ en dash ถูกต้องมากและดูดี ตามตัวอย่างใน Wikipedia, en dash ใช้เพื่อแสดงความสัมพันธ์ และก็น่าประทับใจที่ทั้งบทความและทวีตใช้ en dash อย่างสม่ำเสมอ ดู Wikipedia เรื่อง en dash

  • ถ้าเป็นชาวสวีเดนก็คงไม่คุ้นกับการใช้ apostrophe ในภาษาอังกฤษ จึงพลาดได้ง่ายเวลาเขียนอังกฤษ และในทางกลับกันก็เช่นกัน

  • ทุกวันนี้แทบไม่มีใครรู้ความแตกต่างระหว่าง hyphen, en dash และ em dash แล้ว อีกทั้งเมื่ออยู่บนอินเทอร์เน็ตก็ยิ่งเกิดข้อผิดพลาดมากขึ้นเพราะฟอนต์และชุดอักขระเปลี่ยนไป ธรรมเนียมแบบสมัยเครื่องพิมพ์ดีดที่ใช้ '-' แทนทั้ง hyphen และ en dash และใช้ ' -- ' แทน em dash ก็ไม่ได้ฝังรากขึ้นมา อิทธิพลของ Microsoft Word ก็มีมากเหมือนกัน ส่วนการพิมพ์ apostrophe ผิดนั้นไม่มีข้อแก้ตัว

• เกี่ยวกับ <takumigokoro>(匠心, จิตวิญญาณของช่างฝีมือ) ของศาสตราจารย์ Kitagawa เห็นว่าเรื่องของจวงจื่อจากลัทธิเต๋าที่ถูกอ้างถึงควรได้รับคำอธิบายเพิ่มอีกหน่อย เล่าตำนานเกี่ยวกับช่างไม้ Lu Ban ที่สร้างโครงสร้างซับซ้อนแต่มีประโยชน์ได้อย่างยอดเยี่ยม แต่เพราะไล่ตามเพียงความมีประโยชน์ สุดท้ายจึงไม่ได้รับความเป็นอมตะที่ตนต้องการอย่างแท้จริง จวงจื่อมองว่า Lu Ban ไม่ได้ตระหนักถึง ‘ประโยชน์ของความไร้ประโยชน์’ แต่ในความเป็นจริง Lu Ban กลับได้รับการยกย่องประหนึ่งเทพในหมู่ช่างฝีมือ

• วิธีที่เจ๋งที่สุดในการออกแบบวัสดุด้วยเคมีอินทรีย์ คือการออกแบบเลโก้บล็อกชิ้นเล็ก ๆ ของตัวเอง แล้วปล่อยให้มันประกอบตัวเองเป็นโครงสร้างขนาดมหึมาโดยอัตโนมัติ

  • พูดติดตลกว่า ธรรมชาติรู้อยู่แล้วว่าจะทำแบบนั้น ตั้งแต่เมื่อ 500 ล้านปีก่อน

• ถ้านำไปใช้จริงได้ตามที่คาดไว้ ขอบเขตการประยุกต์ใช้ MOF จะน่าทึ่งมากจริง ๆ

  • ถ้าสามารถเอาน้ำออกมาจากอากาศได้แม้ในทะเลทราย ก็คงเปลี่ยนโลกมาก แม้จะแอบคิดว่าอากาศจะยิ่งแห้งเกินไปไหม แต่ก็น่าจะจัดการได้

  • สามารถกักเก็บ CO2 ไว้ใต้ดินเพื่อแก้ปัญหาก๊าซเรือนกระจกได้ ซึ่งอุตสาหกรรมก๊าซธรรมชาติก็มีเทคโนโลยีการดักจับก๊าซอยู่แล้ว ขอแค่หาวิธีดักจับ CO2 บริสุทธิ์จากบรรยากาศให้ได้ และคาดว่า MOF จะเป็นเทคโนโลยีที่ดีที่สุดในการทำสิ่งนั้นให้เป็นจริง

  • ชี้ให้เห็นว่าทรัพยากรที่ต้องใช้เพื่อดักจับ CO2 บริสุทธิ์จากบรรยากาศจะมหาศาลเกินคาดมาก

  • ถามว่าเทคโนโลยีดึงน้ำออกจากอากาศจะนำไปสู่เครื่องลดความชื้นที่ดีกว่าเดิมได้หรือไม่

• หน่วยที่ใช้ในบทความทำให้งง ตัวอย่างเช่น มีข้อความประมาณว่า "MOF-5 ไม่กี่กรัมมีพื้นที่เท่ากับสนามฟุตบอล" ซึ่งกรัมเป็นหน่วยมวล ส่วนสนามฟุตบอลเป็นพื้นที่สองมิติ จึงไม่เข้าใจว่าสองอย่างนี้เกี่ยวกันอย่างไร เลยสงสัยว่าหมายถึง MOF-5 ไม่กี่กรัมสามารถกักเก็บก๊าซได้มากพอจะเติมเต็มพื้นที่ขนาดสนามฟุตบอลที่ความดัน 1 บรรยากาศหรือเปล่า แต่ก็ดูเหมือนตีความเกินไป

  • นี่คือเรื่องของพื้นที่ผิวภายใน เช่น คล้ายกับการคำนวณว่าชีสสวิส 10 กรัมมีพื้นที่ผิวของรูภายในมากแค่ไหน

  • ถ้าลองจินตนาการถึงผ้าห่มบางมากขนาดสนามฟุตบอล แล้วขยำมันให้กลายเป็นลูกบอลเล็ก ๆ ก็จะเข้าใจได้ง่ายขึ้น