Brikolase.com – Royal Swedish Academy of Sciences mengumumkan tiga pemenang Hadiah Nobel Kimia 2025 yakni Susumu Kitagawa, Richard Robson, dan Omar M. Yaghi.
Ketiganya dinobatkan karena menciptakan bahasa baru dalam material sains, sebuah cara baru merakit materi dari tingkat atom. Mereka melahirkan sesuatu yang disebut metal–organic frameworks atau disingkat MOFs.
Apa sebenarnya MOFs? Mengapa penemuannya dinilai begitu penting hingga layak diganjar Hadiah Nobel Kimia? Dan bagaimana material ini bisa mengubah masa depan energi, lingkungan, bahkan kedokteran?
MOFs: Sebuah Kerangka dari Dunia Molekul
MOFs adalah material yang sepintas terlihat sederhana. Ia tersusun dari ion logam yang bertindak sebagai simpul, lalu dihubungkan oleh molekul organik yang bertindak sebagai jembatan.
Ketika logam dan molekul organik ini bergandengan, mereka membentuk struktur tiga dimensi yang sangat teratur, seperti rangka bangunan kristal.
MOFs penuh dengan ruang-ruang kosong di tingkat molekul yang disebut pori. Para ilmuwan menyebutnya sebagai material berpori paling ekstrem yang pernah dibuat manusia, karena luas permukaannya bisa mencapai ribuan meter persegi hanya dalam satu gram.
Menurut Raptopoulou dalam jurnal Materials (2021), luas permukaan internal MOFs bahkan bisa mencapai hingga beberapa ribu m² per gram dan menjadi kandidat kuat dalam aplikasi penyerapan gas.
Bayangkan hanya satu sendok teh serbuk MOF yang memiliki luas permukaan setara satu lapangan sepak bola.
Perjalanan penemuan MOFs bermula pada 1990-an kala Richard Robson mulai membangun ide mengenai kerangka koordinasi logam.
Di saat yang hampir bersamaan, Susumu Kitagawa menemukan bahwa kerangka ini ternyata memiliki porositas dinamis, artinya mampu menyerap dan melepaskan molekul tamu.
Terobosan besar lalu datang dari Omar Yaghi, yang bukan hanya mengembangkan metode pembuatan MOFs berskala besar, tetapi juga memperkenalkan reticular chemistry yakni ilmu yang memungkinkan ilmuwan merakit material laiknya bermain Lego, tetapi dalam skala atom.
MOFs: Spons Molekuler Paling Canggih di Dunia
Secara ilmiah, MOFs adalah jaringan kristalin yang berfungsi seperti spons pada skala atom. Ia mampu menangkap, menyimpan, dan memilih jenis molekul tertentu dengan selektivitas tinggi.
Karena pori-porinya dapat direkayasa, ilmuwan bisa mendesain MOFs agar hanya “menyukai” jenis molekul tertentu, misalnya hanya menyerap karbon dioksida (CO₂), hanya hidrogen (H₂), atau hanya uap air.
Tak heran Xue dkk. dalam Journal of Materials Chemistry A (2019) menyebut MOFs sebagai material yang “luas permukaannya besar, strukturnya dapat disesuaikan, dan memiliki porositas tinggi yang belum pernah ditemukan pada material lain sebelumnya”
MOFs bukan sekadar penemuan ilmiah. Ia hadir tepat ketika dunia menghadapi tiga masalah besar yakni krisis energi, perubahan iklim, dan kekurangan air bersih.
Dalam berbagai laboratorium, MOFs kini digunakan untuk menangkap gas CO₂ dari cerobong industri, menyimpan hidrogen untuk bahan bakar masa depan, memurnikan udara kota, dan bahkan menghasilkan air minum dari udara gurun yang kering.
Salah satu contoh yang sering dikutip adalah eksperimen yang dipimpin langsung oleh Yaghi pada 2017. Dengan memanfaatkan MOFs, timnya berhasil mengekstraksi air dari udara di padang pasir menggunakan energi sinar matahari.
Teknologi itu kini dipertimbangkan sebagai solusi bagi kekeringan ekstrem di Afrika dan Timur Tengah.
Keunikan utama MOFs adalah sifatnya yang dapat direkayasa. Para ilmuwan dapat mengganti logam, mengubah panjang jembatan organik, menambahkan gugus kimia tertentu, atau memodifikasi ukuran pori untuk tujuan tertentu. Dalam istilah ilmiah, sifat ini disebut modularitas.
Itu sebabnya Yaghi menyebut MOFs sebagai “arsitektur molekuler”. Kita bisa membangun versi MOFs untuk menyerap racun industri, lalu membuat versi lain untuk menyimpan gas energi, atau merancang MOFs yang dapat menghantarkan obat kanker langsung menuju sel tumor tanpa merusak jaringan sehat.
Bagaimana MOFs Dibuat?
Meski terdengar rumit, pembuatan MOFs sebenarnya mengikuti prinsip dasar kimia koordinasi. Campurkan larutan mengandung ion logam dan ligan organik, panaskan dalam autoklaf, lalu biarkan jaringan kristalnya tumbuh.
Metode klasik ini dikenal sebagai sintesis solvotermal, dan hingga kini masih yang paling banyak digunakan.
Namun perkembangan teknologi telah melahirkan metode lebih cepat dan ramah lingkungan, seperti sintesis mekanokimia yang hanya menggerus bahan dalam mortar tanpa pelarut, microwave synthesis yang mempercepat reaksi hanya dalam hitungan menit, serta electrochemical synthesis yang cocok untuk produksi massal
MOFs kini telah digunakan sebagai penyaring CO₂ dalam teknologi penangkap karbon, penyimpan hidrogen untuk kendaraan listrik masa depan, bagian inti baterai dan superkapasitor, sensor kimia ultraselektif, serta sistem penghantar obat dalam dunia medis.
Lebih dari 90.000 varian MOFs telah berhasil disintesis. Banyak di antaranya sudah masuk tahap pengembangan industri, terutama di bidang energi bersih dan teknologi lingkungan.***
Bacaan terkait
Pemred Media Brikolase
Editor in chief
Email:
yongky@brikolase.com / yongky.g.prasisko@gmail.com