TÜBA Ödüllü Prof. Omar M. Yaghi’ye 2025 Nobel Kimya Ödülü
İsveç Kraliyet Bilimler Akademisi, 2025 Nobel Kimya Ödülü’nün sahiplerini açıkladı. 2016 yılı TÜBA Uluslararası Akademi Ödülü sahibi özellikle sürdürülebilir enerji, çevre koruma ve su teknolojileri alanında yaptığı çalışmalarla tanınan Prof. Dr. Omar M. Yaghi, 2025 Nobel Kimya Ödülü’nü almaya hak kazandı.
Bu yılın ödülü, metal-organik çerçevelerin (MOF) geliştirilmesine yönelik çığır açan çalışmaları nedeniyle Susumu Kitagawa, Richard Robson ve Omar M. Yaghi’ye verildi. Buluşun kimyagerlere önemli sorunların üstesinden gelmek için yeni fırsatlar sunduğunun altı önemle çizildi.
Nobel Kimya Komitesi Başkanı Heiner Linke: “Metal–organik kafesler olağanüstü bir potansiyele sahip. Daha önce öngörülmemiş işlevlere sahip, özel olarak tasarlanmış yeni malzemeler için yeni ufuklar açıyor." dedi.
Ödül haberini aktarma uçuşunda alan Prof. Yaghi, şaşkınlık ve mutluluk içinde olduğunu söyledi. Ailesinin okuma yazmayı neredeyse hiç bilmediğini belirten Prof. Yaghi “İçinde bulunduğum bu uzun yolculuğu bilim mümkün kıldı. 10 yaşındayken moleküller üzerine bir kitap okudum ve alana ilgim bu şekilde başladı. O zamandan beri, araştırmalarımı moleküllerin güzelliğine dayanarak seçiyorum.” diye konuştu.
Akademi tarafından yapılan açıklama şu şekilde; “2025 Nobel Kimya Ödülü sahipleri, gazların ve diğer kimyasalların geçebileceği geniş boşluklara sahip moleküler yapılar geliştirdiler. Bu yapılar, metal–organik kafesler (metal–organic frameworks, MOF) olarak adlandırılıyor ve çöl havasından su toplamak, karbondioksiti yakalamak, zehirli gazları depolamak ya da kimyasal tepkimeleri katalize etmek gibi amaçlarla kullanılabiliyor.
Susumu Kitagawa, Richard Robson ve Omar Yaghi 2025 Nobel Kimya Ödülü’ne layık görüldüler. Üç bilim insanı, yeni bir moleküler mimari biçimi geliştirdiler. Bu yapılarda metal iyonları köşe taşı işlevi görürken, uzun organik (karbon temelli) moleküllerle birbirine bağlanıyor. Metal iyonları ve organik moleküller bir araya gelerek geniş boşluklar içeren kristaller oluşturuyor. Bu gözenekli malzemelere metal–organik kafesler (MOF) adı veriliyor. MOF’larda kullanılan yapı taşları değiştirilerek, kimyagerler belirli maddeleri yakalayıp depolayabilecek özel tasarımlar geliştirebiliyor. Ayrıca MOF’lar kimyasal tepkimeleri yönlendirebiliyor veya elektrik iletebiliyor.
Her şey 1989’da Richard Robson’ın atomların doğasında var olan özellikleri yeni bir biçimde kullanmayı denemesiyle başladı. Robson, pozitif yüklü bakır iyonlarını, her kolunun ucunda bakır iyonlarına çekim duyan kimyasal gruplar taşıyan dört kollu bir molekülle birleştirdi.
Bu birleşim sonucunda, düzenli bir yapıya sahip, geniş boşluklu bir kristal oluştu. Adeta sayısız boşlukla dolu bir elmas gibiydi.
Robson, bu moleküler yapının potansiyelini hemen fark etti, ancak yapı kararsızdı ve kolayca çökmekteydi. Buna karşılık, Susumu Kitagawa ve Omar Yaghi bu yapım yöntemine sağlam bir temel kazandırdılar. 1992 ile 2003 yılları arasında, birbirlerinden bağımsız olarak, bir dizi devrim niteliğinde keşif gerçekleştirdiler. Kitagawa, gazların bu yapılara girip çıkabileceğini gösterdi ve MOF’ların esnek hale getirilebileceğini öngördü. Yaghi ise son derece kararlı bir MOF üretti ve bu yapının akılcı tasarım yoluyla değiştirilebileceğini, böylece yeni ve arzu edilen özellikler kazanabileceğini ortaya koydu.”
Prof. Dr. Omar M. Yaghi kimdir?
Omar M. Yaghi, lisans (B.S.) derecesini New York Eyalet Üniversitesi Albany Kampüsü’nden (State University of New York at Albany, 1985) ve Anorganik Kimya alanında doktora (Ph.D.) derecesini Illinois Üniversitesi Urbana-Champaign Kampüsü’nden (University of Illinois at Urbana-Champaign, 1990) almıştır. 1990–1992 yılları arasında Harvard Üniversitesi’nde (Harvard University) Ulusal Bilim Vakfı’nın (National Science Foundation, NSF) doktora sonrası araştırma bursiyeri olarak görev yapmıştır.
Bağımsız akademik kariyerine 1992’de Arizona Eyalet Üniversitesi’nde yardımcı doçent olarak başladı; 1999’da Michigan Üniversitesi Ann Arbor kampüsüne Kimya Profesörü (Robert W. Parry Professor of Chemistry) olarak geçti. 2006 yılında UCLA’ya (California Üniversitesi, Los Angeles) Kimya Profesörü (Christopher S. Foote Professor of Chemistry) ve Fiziksel Bilimler Alanında Irving ve Jean Stone Kürsüsü Profesörü (Irving and Jean Stone Chair Professor in Physical Sciences) unvanlarıyla katıldı.
2012’den bu yana California Üniversitesi, Berkeley’de James ve Neeltje Tretter Kimya Kürsüsü Profesörü (James and Neeltje Tretter Chair Professor of Chemistry) ve Lawrence Berkeley Ulusal Laboratuvarı’nda Kıdemli Fakülte Bilim İnsanı olarak görev yapmaktadır. Aynı zamanda Berkeley Küresel Bilim Enstitüsü’nün (Berkeley Global Science Institute) kurucu direktörü, Kavli Enerji Nanobilimleri Enstitüsü’nün (Kavli Energy NanoSciences Institute) eş direktörü ve BASF tarafından desteklenen California Araştırma İttifakı’nın (California Research Alliance by BASF) eş direktörüdür.
Yaghi’nin çalışmaları, inorganik ve organik bileşiklerin sentezi, yapısı ve özellikleri ile yeni kristal malzemelerin tasarımı ve inşasını kapsamaktadır. Kendisi, çok sayıda yeni malzeme sınıfının keşfi ve öncül gelişimiyle tanınmaktadır: Metal–Organik Kafesler (Metal-Organic Frameworks, MOF), Kovalent Organik Kafesler (Covalent Organic Frameworks, COF) ve Zeolitik İmidazolat Kafesler (Zeolitic Imidazolate Frameworks, ZIF). Bu malzemeler, şimdiye kadar bilinen en yüksek yüzey alanlarına sahiptir ve bu özellikleri onları çok sayıda uygulama için son derece yararlı kılmaktadır. Bu uygulamalar arasında (1) hidrojen, metan ve karbondioksitin depolanması ve ayrıştırılması, (2) karbondioksitin yakıtlara ve yüksek değerli kimyasallara dönüştürülmesi, (3) havadan su toplanarak tatlı su elde edilmesi, (4) enzim esinli kataliz yoluyla peptitlerin yüksek seçicilikte parçalanması, (5) süperkapasitör cihazlarda iyon depolanması ve iletken kafes yapılarında proton ile elektron taşınımı yer almaktadır.
Yaghi’nin geliştirdiği yapı taşı temelli yaklaşım, kimyada daha önce eşi görülmemiş çeşitlilikte ve çoklukta yeni malzemelerin üretilmesinde üstel bir artış sağlamıştır. Kendisi bu alanı “Ağ Kimyası” (Reticular Chemistry) olarak adlandırmakta ve “moleküler yapı taşlarının güçlü bağlarla genişletilmiş yapılara işlenmesi” biçiminde tanımlamaktadır. Bu kimya dalı, 1995’ten bu yana Yaghi tarafından geliştirilen yöntemler kullanılarak bugün dünya genelinde akademi ve sanayideki yüzlerce laboratuvarda uygulanmaktadır.
Yaghi’nin yeni malzemelerin tasarımı ve sentezine ilişkin erken dönem başarıları, Amerikan Kimya Topluluğu (American Chemical Society) ve Exxon Şirketi (Exxon Co.) tarafından verilen Katı Hal Kimyası Ödülü (Solid-State Chemistry Award, 1998) ile İtalyan Kimya Topluluğu (Italian Chemical Society) Sacconi Madalyası (Sacconi Medal, 2004) ile onurlandırılmıştır. Hidrojen depolama konusundaki çalışmaları, Popular Science dergisi tarafından 2006 yılında Amerika Birleşik Devletleri’nin 10 Parlak Bilim İnsanı ve Mühendisi (The Brilliant 10: Scientists and Engineers in the United States) arasında gösterilerek tanınmıştır. Ayrıca ABD Enerji Bakanlığı (U.S. Department of Energy) Hidrojen Programı Ödülü (Hydrogen Program Award, 2007) ile “hidrojen depolama alanına olağanüstü katkılarından ötürü” ödüllendirilmiştir.
Aynı yıl, metal–organik kafeslerin (metal–organic frameworks, MOF) kuramı, tasarımı, sentezi ve uygulamalarına öncülük eden çalışmaları nedeniyle Malzeme Araştırma Derneği Madalyası (Materials Research Society Medal)’nın tek sahibi olmuş; Science dergisinde yayımlanan en iyi makale için verilen AAAS Newcomb Cleveland Ödülü (AAAS Newcomb Cleveland Prize, 2007) ile de onurlandırılmıştır.
2009 yılında Amerikan Kimya Topluluğu tarafından “olağanüstü gözenekliliğe ve endüstriyel uygulamalara sahip metal–organik kafeslerin tasarımı ve sentezine yönelik öncü yöntemleri” nedeniyle Malzemelerin Kimyası Ödülü (American Chemical Society, Chemistry of Materials Award, 2009) ve aynı yıl Izatt–Christensen Uluslararası Ödülü (Izatt–Christensen International Award, 2009) ile ödüllendirilmiştir.
2010 yılında İngiltere Kraliyet Kimya Topluluğu’nun (Royal Society of Chemistry) Yüzyıl Ödülü (Centenary Prize, 2010), 2013’te Çin Nano Ödülü (China Nano Award, 2013), 2015’te ise metal–organik kafesler alanındaki öncü katkılarından dolayı Kral Faysal Uluslararası Bilim Ödülü (King Faisal International Prize in Science, 2015) ve MOF’lar ile temiz enerji alanındaki kapsamlı araştırmaları dolayısıyla Mustafa Ödülü (Mustafa Prize in Nanoscience and Nanotechnology, 2015) ile onurlandırılmıştır.
2016’da Ağ Kimyası’nı (Reticular Chemistry) kuran çalışmaları nedeniyle Temel ve Mühendislik Bilimler alanında TÜBA Uluslararası Akademi Ödülü (Turkish Academy of Sciences Prize in Basic and Engineering Sciences, 2016) ile, 2017’de kristal metal–organik kafesler ve kovalent organik kafeslerin (covalent organic frameworks, COF) kavramsal ve deneysel temellerine öncülük eden çalışmaları dolayısıyla Spiers Anma Ödülü (Royal Society of Chemistry Spiers Memorial Award, 2017) ile ödüllendirilmiştir. Aynı yıl, Ürdün Kralı tarafından verilen en yüksek sivil nişan olan Kral II. Abdullah Birinci Sınıf Üstün Hizmet Nişanı (King Abdullah II Order of Distinction of the First Class, 2017) ve Dünya Kültür Konseyi (World Cultural Council) tarafından, metal–organik ve kovalent organik kafeslerin geliştirilmesindeki çığır açıcı katkıları ve Ağ Kimyası’nı bağımsız bir alan olarak kurmasından ötürü verilen Albert Einstein Dünya Bilim Ödülü (Albert Einstein World Award of Science, 2017) ile de onurlandırılmıştır.
2018 yılında İspanya’da BBVA Vakfı Bilgi Sınırları Temel Bilimler Ödülü (BBVA Foundation Frontiers of Knowledge Award in Basic Sciences, 2018) ve metal–organik ile kovalent organik kafesler aracılığıyla Ağ Kimyası’na öncülük eden çalışmaları nedeniyle Wolf Kimya Ödülü (Wolf Prize in Chemistry, 2018) ile ödüllendirilmiştir. Aynı yıl, New York’taki Birleşmiş Milletler Genel Merkezi’nde Uluslararası Prens Sultan bin Abdülaziz Su Ödülü (Prince Sultan bin Abdulaziz International Prize for Water, 2018), İtalya’dan Eni Enerji Üstünlük Ödülü (Eni Award for Excellence in Energy, 2018) ile onurlandırılmış; 2019’da İsveç Kraliyet Bilimler Akademisi (Royal Swedish Academy of Sciences) tarafından Gregori Aminoff Ödülü (Gregori Aminoff Prize, 2019), Birleşik Arap Emirlikleri’nin en yüksek bilimsel onuru olan MBR Bilimsel Üstünlük Madalyası (MBR Medal for Scientific Excellence, 2019) ve Springer Nature Nano Araştırma Ödülü (Nano Research Award by Springer Nature, 2019) ile ödüllendirilmiştir. Aynı yıl, ABD Ulusal Bilimler Akademisi (U.S. National Academy of Sciences) üyeliğine seçilmiştir.
Yaghi, 280’in üzerinde makale yayımlamış olup, bu çalışmaları makale başına ortalama 300’ün üzerinde atıf almıştır. Dünyada en çok atıf alan beş kimyager arasında yer almaktadır.
Bilimsel Başarıların Özeti
Genişletilmiş yapılarla malzemelerin mantıksal sentezi, kimya ve malzeme bilimi alanlarında uzun süredir hedeflenen bir amaç olmuştur. Temel sorun, moleküler yapı taşlarını genişletilmiş yapılara bağlamanın çoğu zaman amorf veya zayıf kristal yapılı katılarla sonuçlanmasıdır; bu durum, bilim insanlarının bu tür malzemelerin “mantıksal” olarak sentezlenemeyeceği sonucuna varmasına yol açmıştır. 1995 yılında Yaghi, metal–organik kafesler (metal-organic frameworks, MOF) üreterek bu “hayali” gerçeğe dönüştürmüş ve gaz adsorpsiyon deneyleriyle kalıcı gözenekliliklerini sağlamıştır (Nature 1995, 378, 703; J. Am. Chem. Soc. 1998, 120, 8571; Nature 1999, 402, 276).
Asıl kavramsal ilerleme, metal-oksit kümelerinin organik bağlayıcıları sağlam kristal açık kafes yapılar oluşturmak üzere birleştirmede çapa görevi görebileceğini göstermesiyle sağlanmıştır (J. Am. Chem. Soc. 1998, 120, 8571; Nature 1999, 402, 276; Acc. Chem. Res., 2001, 34, 319). Yaghi, bu kavramı, neredeyse unutulmuş metal polinükleer asetat kümelerinden ve çok sayıda organik bağlayıcıdan yararlanarak geniş bir gözenekli kafes malzeme sınıfı oluşturacak şekilde genelleştirmiştir (Nature 2003, 423, 705). Anahtar buluşu, kümelerin rijitliğinin yönlülük kazandırması ve bu sayede tasarıma dayalı yapılar inşa etmede kritik rol oynamasıdır. Yaghi, bunu ilk kez kontrollü gözenekliliğe, gözenek işlevselliğine ve ölçülere sahip malzemeler üretmek için başarılı bir şekilde uygulamıştır (Science 2002, 295, 469).
Dünya genelinde yeni MOF araştırmalarını kolaylaştırmak amacıyla Yaghi, O’Keeffe ve çalışma arkadaşları, farklı şekillerdeki kümelerin ve organik birimlerin birleştirilmesinden ortaya çıkması beklenen yapıları tahmin edebilecek bir topoloji sistemi ve etkileşimli bir veri tabanı geliştirmişlerdir (Acc. Chem. Res. 2005, 38, 176). Temel düzeyde, Yaghi organik ve inorganik kimyayı başarılı bir şekilde birleştirerek molekülleri güçlü bağlarla bir araya getirmiş ve sağlam malzemeler üretmiş; böylece yeni bir kimya alanı yaratmıştır (Ağ Kimyası, Reticular Chemistry). Bu malzeme sentez yaklaşımı, yalnızca MOF’ların tasarımının temeli olmakla kalmamış, aynı zamanda kovalent organik kafeslerin (covalent organic frameworks, COFs) (Science 2005, 310, 1166; Science 2007, 316, 268) ve gözenekli zeolitik imidazolat kafeslerin (zeolitic imidazolate frameworks, ZIFs) (Proc. Nat. Acad. Sci. 2006, 103, 10186; Science 2008, 319, 939; Nature 2008, 453, 207) keşfi ve geliştirilmesine de yol açmıştır. Böylece bu alan, bilimde en hızlı büyüyen disiplinlerden biri haline gelmiştir.
Yaghi, bu Ağ malzemelerini (Reticular materials) kullanarak büyük miktarlarda karbondioksiti (carbon dioxide) tutmayı başarmış ve böylece karbon yakalama (carbon capture) alanını genişletmiştir (J. Am. Chem. Soc. 1998, 120, 8571; J. Am. Chem. Soc., 2005, 127, 1799). Ayrıca, MOF’ların (metal–organic frameworks, MOFs) iç kısımlarının birincil aminlerle kovalent olarak işlevselleştirilebileceğini göstererek, su varlığında bile karbondioksiti seçici olarak yakalayabilen malzemeler geliştirmiştir (J. Am. Chem. Soc. 2014, 136, 8863). Bu, karbondioksitin atmosferden ve enerji santrallerinin baca gazlarından nasıl yakalanabileceğinin ilk gösterimidir. Yaghi, karbondioksit depolama ve ayrıştırma araştırmaları için bir ölçüt belirlemiş ve bu, o tarihten bu yana karbon yakalama üzerine yapılan çok sayıda çalışmayı şekillendirmiştir.
Erken keşiflerinin üzerine inşa ederek, Yaghi ve çalışma arkadaşları, Ağ yapılarına (MOFs/COFs/ZIFs) birden fazla işlevselliğin entegre edilebileceğini rapor etmişlerdir (Science 2010, 327, 846; Science 2013, 341, 882). Bu işlevler, DNA’daki nükleotidler veya proteinlerdeki amino asitler gibi dizilimler oluşturmakta ve karbondioksitin seçici olarak yakalanması ve dönüştürülmesinde parçaların toplamından daha üstün bir performans sergilemektedir.
Buna ek olarak, Yaghi ilk kez kafes yapıları içindeki açık metal bölgelerinin (open metal sites) oluşturulabileceğini ve karakterize edilebileceğini göstermiştir; bu, kataliz için substratların bağlanmasında ve hidrojenin depolanmasında yararlı olmuştur (J. Am. Chem. Soc. 2000, 122, 11559). MOF’ların belirli molekülleri seçip gözeneklerine hapsedebilme yeteneği, Yaghi tarafından uzun süredir çözülmemiş bir diğer sorun olan kuru havadan su toplama (harvesting water from dry air) için de uygulanmıştır.
Son dönemdeki çığır açıcı çalışmalarda, Yaghi, MOF’ların düşük nem oranlarından (%10–30 bağıl nem, R.H.) su alacak ve bunu gözeneklerinde yoğunlaştıracak şekilde tasarlanabileceğini göstermiştir (J. Am. Chem. Soc. 2014, 136, 4369). Ayrıca, bu MOF’lara dayalı bir cihazın, çöl iklimlerinde yalnızca ortam güneş ışığını kullanarak havadan su toplayacak şekilde tasarlanabileceğini göstermiştir (Science 2017, 356, 430).
Yaghi’nin, organik birimlerin güçlü bağlarla birleştirilerek düşük yoğunluklu malzemeler oluşturduğu kristal kovalent organik kafeslerin (covalent organic frameworks, COFs) keşfi ve geliştirilmesi, çok sayıda kovalent organik kristale erişim sağlamıştır. Bu kristaller, gözenekliliği hafiflik ile ve sağlam termal ile kimyasal özelliklerle birleştirerek, su arıtımı (water desalination) ve karbondioksitin yakıt üretimine dönüştürülmesinde katalizör olarak kullanılmalarını mümkün kılmaktadır. Yaghi, yakın zamanda moleküler katalizörlerin COF’lara entegre edilerek karbondioksitin elektrolitik olarak yüksek değerli hammadde kimyasallarına dönüştürülmesinde en yüksek aktiviteyi sağlayabileceğini göstermiştir (Science 2015, 349, 1208).
Ayrıca, kimyada moleküler dokuma (molecular weaving) kavramının nasıl gerçekleştirilebileceğini de göstermiştir (Science 2016, 351, 365): Organik ipliklerin birbirine geçirilerek kovalent olarak bağlı dokuma “moleküler kumaşlar” (covalently linked woven ‘molecular fabrics’) oluşturması. Yaghi’nin diğer malzemelerinde olduğu gibi, bu da bilim tarihinde bir ilk olarak kaydedilmiştir. Bu moleküler dokuma malzemelerinin potansiyeli, zengin kimyasal bilgi, mekanik esneklik ve dayanıklılığı tek bir malzemede birleştirebilme yeteneklerinde yatmaktadır.
Yaghi, Ağ Kimyası (Reticular Chemistry) alanını keşiften uygulamalara kadar başarıyla taşımış ve bilim insanlarının yeni malzemeleri üretme ve kullanma biçimlerini değiştirmiştir. Bu alan, dünya genelinde akademi ve sanayideki yüzlerce laboratuvarda kimyagerler, fizikçiler, malzeme bilimciler ve mühendisler tarafından yoğun bir şekilde araştırılmaktadır.