BÍ MẬT CỦA SIÊU VẬT LIỆU NẶNG 1 GRAM CÓ DIỆN TÍCH BẰNG SÂN BÓNG ĐÁ

Giáo sư Omar M. Yaghi, nhà khoa học tiên phong trong lĩnh vực nghiên cứu về các siêu vật liệu hiện đại nhất mang tính thay đổi thế giới, có mối quan hệ rất gắn bó với Việt Nam.

Một trong những cuộc cách mạng làm thay đổi căn bản cuộc sống con người là cuộc cách mạng về vật liệu mới với sự tối ưu hơn, rẻ hơn, bền hơn và nhẹ hơn. Có thể nói thành tựu đáng chú ý nhất trong cuộc cách mạng này là việc tìm ra siêu vật liệu và công nghệ nano, nhằm tạo ra các loại vật liệu xốp 3 chiều (3-D) và có diện tích bề mặt riêng lớn (vật liệu MOF, ZIF, COF…) ứng dụng trong các lĩnh vực năng lượng, môi trường, y tế, xúc tác… Giáo sư Omar M. Yaghi được xem là một trong những nhà khoa học có tầm ảnh hưởng nhất trong cuộc cách mạng này.

Tuổi thơ cơ cực

Ông Omar M. Yaghi sinh ngày 9/2/1965 ở Amman, Jordan trong một gia đình tị nạn từ Palestine. Sinh ra và lớn lên trong một gia đình đông con nên cuộc sống với ông rất khó khăn. Gia đình ít được sử dụng nước sạch, thậm chí không có điện để dùng. Vì vậy, đối với ông, điện và nước sạch luôn là điều gì đó rất xa vời và luôn là ước mơ lớn trong suốt những ngày tháng sống cuộc đời của dân tị nạn tại Jordan.

Năm lên lớp 3, Yaghi đã có một trải nghiệm bước ngoặt được cho là đã ảnh hưởng sâu sắc đến cuộc đời của chính mình. Trong một giờ nghỉ trưa, ông vào thư viện của trường và bất ngờ bắt gặp những bức vẽ về các phân tử. Với ông, nó bí ẩn nhưng thực sự rất đẹp. Nhìn những bức ảnh đó, Yaghi cảm thấy luôn có một bí mật tuyệt vời ẩn chứa bên trong, nhưng ông chưa thể hiểu hết được và rất muốn khám phá.

Năm 15 tuổi, Yaghi sang Mỹ định cư theo sự khuyến khích của cha mình. Mặc dù vốn tiếng Anh không nhiều, ông đã nỗ lực học tập và bắt đầu đăng ký theo học tại Cao đẳng cộng đồng Hudson Valley và sau đó được chuyển đến Đại học New York tại Albany để hoàn thành bằng đại học vào năm 1985.

Ông lấy bằng tiến sĩ ngành hóa học tại Đại học Illinois, Urbana-Champaign năm 1990 và trở thành nghiên cứu sinh sau tiến sĩ tại Đại học Harvard năm 1990. Ông đã đảm nhiệm các vị trí chuyên môn về hóa học tại Đại học bang Arizona, Đại học Michigan-Ann Arbor và UCLA.

Giáo sư Omar M.Yaghi hiện là Giám đốc sáng lập của Viện Khoa học Toàn cầu Berkeley và là Đồng Giám đốc của Viện Khoa học Nano Năng lượng Kavli và Liên minh Nghiên cứu California của BASF.

Tuy nhiên, con đường đi đến thành công đó với ông không trải đầy hoa hồng.

Nhà khoa học tiên phong

Để có thể sinh sống và học tập nghiên cứu ở nước Mỹ xa xôi, Yaghi đã phải nỗ lực gấp đôi, dành thời gian sống với đam mê khoa học, nghiên cứu với sự kiên trì và nhẫn nại.

Cho đến nay, giáo sư Yaghi đã có nhiều đóng góp cho nền khoa học thế giới, đặc biệt là có công rất lớn trong việc phát minh và tổng hợp các siêu vật liệu hiện đại. Ông được mệnh danh là nhà khoa học tiên phong trong việc khám phá và phát triển vật liệu khung hữu cơ-kim loại (MOF).

Cấu trúc cơ bản của vật liệu MOF là thuộc loại vật liệu tinh thể. Những cấu trúc này thể hiện đặc tính xốp đặc biệt hữu ích trong nhiều ứng dụng như thu giữ và chuyển đổi carbon thành nhiên liệu và thu nước từ không khí sa mạc. Hướng nghiên cứu của giáo sư Yaghi đã được xếp vào top 10 phát minh về công nghệ xanh của thế giới năm 2008. 

Giáo sư Yaghi cũng tiếp tục đi tiên phong trong nghiên cứu một loại vật liệu hoàn toàn mới: ECO (evolving components). Đây là một loại vật liệu có tiềm năng rất lớn trong ứng dụng vào bảo vệ môi trường, chuyển hóa năng lượng mặt trời thành điện năng, tách khí carbonic ra khỏi hỗn hợp khí… Một điều đáng chú ý là giáo sư Yaghi muốn dành riêng hướng nghiên cứu này cho các nhà khoa học và sinh viên Việt Nam.

Giáo sư Yaghi cũng là nhà hóa học được trích dẫn nhiều thứ hai trên thế giới (2000-2010) và được xếp ở vị trí thứ 2 trong danh sách 100 nhà hóa học hàng đầu thế giới của thập niên qua. 

Trong suốt sự nghiệp lẫy lừng của mình, ông nhận rất nhiều giải thưởng, trong đó có Huy chương của Hiệp hội Nghiên cứu Vật liệu, Giải thưởng của Hiệp hội Hóa học Mỹ về Hóa học Vật liệu, Giải thưởng Quốc tế King Faisal về Khoa học, Giải thưởng Khoa học Thế giới của Albert Einstein, Giải thưởng Aminoff của Viện Hàn lâm Khoa học Hoàng gia Thụy Điển, Viện Hàn lâm Khoa học Quốc gia và Giải Wolf về Hóa học…

Nỗ lực vì một thế giới xanh, sạch hơn

Những cống hiến của Giáo sư Yaghi, cả về lý thuyết và thực nghiệm, đã thúc đẩy việc phát triển vật liệu mới để ứng dụng trong năng lượng sạch, tách hydrocacbon, sản xuất nước sạch, xúc tác và gần đây là điện tử.

MOF bao gồm magie, alumi với các phân tử hữu cơ để tạo thành một cấu trúc tinh thể xốp, chắc chắn và có dạng lưới 3D để chứa khí và chất lỏng. Một số có thể tạo ra bởi carbon dioxide từ ống khói, trong khi một số khác có thể tách ra từ các loại dầu khác nhau trong các nhà máy chế biến.

Đó là một vật liệu siêu việt có độ xốp cao, với cấu trúc khung không gian 3 chiều, với bề mặt riêng cực lớn, lên đến hàng nghìn mét vuông nhưng chỉ nặng 1g. Có thể hiểu, chỉ 1 gram vật liệu MOF đã có diện tích bề mặt tương đương một sân bóng đá.

Các vật liệu MOF có khả năng lưu giữ các khí mà con người không muốn xả thẳng ra môi trường như carbonic, hoặc dùng để lưu giữ các loại khí làm nhiên liệu cho xe ô tô… Việc dùng các bình chứa có vật liệu MOF bên trong sẽ tăng đáng kể (tới hàng chục lần) khả năng lưu trữ các loại khí này so với bình thông thường. Chính bởi lý do đó, MOF được xem như là vật liệu của tương lai, có khả năng tạo nên những thay đổi mang tính cách mạng đối với những lĩnh vực quan trọng như năng lượng, bảo vệ môi trường, y tế...

Trong một khám phá mang tính hữu dụng, công nghệ này giúp lấy nước từ không khí ở khu vực sa mạc. Theo đó, hệ thống sử dụng năng lượng mặt trời được làm từ MOF với một số đặc tính phi thường giúp tạo ra đến 2,8 lít nước chỉ trong 12 giờ và có thể hoạt động trong điều kiện độ ẩm thấp tới 20%. Giáo sư Yaghi cho biết hệ thống do họ phát triển có thể giúp mọi người sống sót ở những nơi thiếu nước trầm trọng như sa mạc.

"Đây là một bước đột phá lớn trong thách thức lâu dài của việc tạo nước từ không khí ở độ ẩm thấp. Hiện tại không có cách nào khác để làm điều đó ngoại trừ sử dụng những thiết bị như máy hút ẩm tự động tại gia, nhưng chi phí rất đắt", giáo sư Yaghi tuyên bố.

Với hệ thống mà các nhà khoa học vừa phát triển, việc thám hiểm tại các sa mạc của các nhà nghiên cứu sẽ trở nên thuận lợi hơn bởi họ có thể lấy nước uống mà không cần tìm đến các nguồn cung cấp nước công cộng hay giếng, vốn rất khó tìm kiếm tại các sa mạc.

Nhưng giáo sư Yaghi nói thêm thiết bị mà họ phát triển còn có tầm nhìn cho tương lai, nơi năng lượng mặt trời có thể dùng để cung cấp nước đáp ứng nhu cầu của một hộ gia đình.

Hội đồng Văn hóa Thế giới ghi nhận vai trò đi đầu của giáo sư Yaghi trong nghiên cứu siêu vật liệu mới cùng với cam kết phát triển các giải pháp cho các vấn đề đe dọa sự bền vững của thế giới. Đây không chỉ là một hướng đi quý giá cho nhân loại mà còn nó cũng truyền cảm hứng cho các thế hệ tương lai.

Mang siêu vật liệu đi khắp thế giới

Vì tính hữu dụng của siêu vật liệu, giáo sư Yaghi muốn mang nó đến khắp nơi trên thế giới và đã đề xướng, thành lập các trung tâm nghiên cứu nghiên cứu trên khắp thế giới như ở Việt Nam, Hàn Quốc, Nhật Bản, Jordan và Ả rập Xê út, tạo cơ hội cho các nhà nghiên cứu trẻ. Các trung tâm này cùng tạo nên một hệ thống Trung tâm Nghiên cứu vật liệu cấu trúc nano và phân tử (MANAR) toàn cầu.

Tại quê nhà Jordan, với những cống hiến của ông, vào năm 2017, giáo sư Omar M. Yaghi đã được Quốc vương Abdullah Ibn Al Hussein ban tặng những danh hiệu cao quý nhất: Huân chương Ưu tú đặc biệt của Quốc vương Abdullah II Ibn Al Hussein.

Cũng trong năm đó, giáo sư Yaghi đã đề xuất thành lập một trung tâm khoa học toàn cầu đổi mới tại Hiệp hội Khoa học Hoàng gia ở Jordan. Trung tâm này là nơi tạo cơ hội cho các nhà khoa học trẻ của Jordan thực hiện các nghiên cứu mang tính cạnh tranh quốc tế trong các lĩnh vực khoa học vật liệu và hóa học mà không phải đi xa.

Tại Việt Nam, hồi năm 2011, trong khuôn khổ hội thảo "Hóa học các vật liệu khung cơ - kim và các vật liệu liên quan" do Bộ khoa học và công nghệ, Đại học quốc gia TPHCM và Đại học California, Los Angeles, Mỹ (UCLA) tổ chức, nhà khoa học nổi tiếng thế giới Yaghi đã có bài phát biểu trình bày về loại vật liệu tiên tiến này. Ông cho biết sẽ hết lòng giúp đỡ Việt Nam nghiên cứu về MOF.

Với sự giúp đỡ nhiệt tình của giáo sư Yaghi, từ năm 2008 các nhóm nghiên cứu vật liệu MOF đầu tiên của Việt Nam đã hình thành tại trường Đại học Bách khoa và Đại học Khoa học Tự nhiên thuộc ĐH Quốc gia TPHCM. Những đề tài nghiên cứu đã được triển khai thành công, kết quả được thể hiện qua các bài báo quốc tế, báo cáo tại hội thảo khoa học, những thạc sĩ, cử nhân, kỹ sư đầu tiên tốt nghiệp về lĩnh vực MOF.

Thanh Thành

Tổng hợp