Pendahuluan: Sebuah Lompatan Besar dalam Kimia Material
Setiap tahun, dunia sains menantikan momen istimewa ketika Akademi Ilmu Pengetahuan Kerajaan Swedia mengumumkan para penerima Hadiah Nobel. Tahun 2025 menjadi sorotan khusus bagi dunia kimia, karena penghargaan tertinggi ini diberikan kepada tiga ilmuwan luar biasa: Richard Robson, Susumu Kitagawa, dan Omar Yaghi. Mereka diakui atas kontribusi monumental dalam pengembangan Metal-Organic Frameworks (MOFs) — sebuah inovasi yang mengubah cara manusia memahami dan memanfaatkan struktur bahan pada tingkat atom dan molekul.
Temuan mereka bukan sekadar pencapaian akademik. MOFs membuka peluang baru dalam penyimpanan energi, pengolahan limbah, pemurnian udara, dan bahkan teknologi pengambilan karbon dari atmosfer. Dengan kata lain, karya ketiganya berpotensi menjadi fondasi solusi untuk beberapa tantangan terbesar umat manusia saat ini: krisis energi dan perubahan iklim.
Asal-Usul Ide: Dari Struktur Kristal ke Dunia Berpori
Untuk memahami betapa revolusionernya MOFs, kita perlu kembali ke dasar. Kimia padatan biasanya mempelajari bagaimana atom-atom tersusun menjadi struktur kristal yang rapat dan padat, seperti pada logam atau garam. Namun, pada awal 1990-an, para ilmuwan mulai berpikir: apakah mungkin membuat bahan padat yang kuat secara kimia tetapi juga memiliki ruang kosong di dalamnya?
Pertanyaan sederhana itu melahirkan konsep kerangka berpori — struktur tiga dimensi yang tersusun dari logam dan molekul organik, membentuk semacam “rangka bangunan” di tingkat molekul. Hasilnya adalah material dengan luas permukaan internal yang sangat besar. Bayangkan satu gram MOF bisa memiliki luas permukaan setara dengan lapangan sepak bola penuh.
Profesor Omar Yaghi, salah satu pemenang Nobel 2025, adalah pelopor dalam menyusun bahan seperti ini dengan tingkat keteraturan yang belum pernah dicapai sebelumnya. Bersama timnya di University of California, ia menunjukkan bahwa logam dapat berperan sebagai simpul (node), sementara molekul organik bertindak sebagai jembatan (linker). Kombinasi keduanya menciptakan struktur yang stabil, berulang, dan bisa dirancang sesuai kebutuhan.
Para Pemenang dan Peran Mereka
Richard Robson: Perintis Awal dari Australia
Profesor Richard Robson dari University of Melbourne sudah meneliti ide serupa bahkan sebelum istilah “MOF” populer. Pada 1980-an, ia bereksperimen dengan cara menggabungkan ion logam dan ligan organik menjadi struktur berulang. Meskipun pada masa itu belum ada istilah “Metal-Organic Framework”, hasil pekerjaannya menjadi pondasi awal bagi generasi ilmuwan berikutnya. Robson menunjukkan bahwa pendekatan modular — yakni menggabungkan komponen logam dan organik — bisa menghasilkan berbagai jenis struktur berpori.
Susumu Kitagawa: Ahli Porositas dari Jepang
Dari Jepang, Susumu Kitagawa memperluas konsep Robson ke arah yang lebih aplikatif. Ia menjadi orang pertama yang secara sistematis mempelajari sifat porositas MOF, yaitu kemampuan bahan ini menyerap dan melepaskan molekul gas. Kitagawa membuktikan bahwa rongga dalam MOF dapat berfungsi seperti “hotel molekuler” — tempat molekul gas seperti oksigen, nitrogen, atau karbon dioksida bisa masuk dan keluar tanpa merusak struktur. Penemuannya membuka jalan bagi penggunaan MOF dalam penyimpanan gas dan teknologi filtrasi udara.
Omar Yaghi: Arsitek Molekul dari Amerika
Nama Omar Yaghi sering dikaitkan dengan istilah “kerangka organologam” itu sendiri. Ia yang memperkenalkan istilah “MOF” secara resmi dan mengembangkan metode retikuler kimia (reticular chemistry), yaitu seni merakit unit-unit molekuler menjadi jaringan kristal yang dapat diprogram strukturnya. Melalui pendekatan ini, Yaghi berhasil menciptakan ratusan variasi MOF dengan sifat-sifat unik — dari super ringan hingga tahan suhu ekstrem.
Lebih dari itu, Yaghi mempelopori penggunaan MOF untuk menyerap uap air dari udara gurun dan mengubahnya menjadi air minum, sebuah inovasi yang hingga kini masih dikembangkan sebagai solusi krisis air global.
Bagaimana Metal-Organic Frameworks Bekerja
Secara sederhana, MOF dapat diibaratkan sebagai spons molekuler. Ia memiliki pori-pori yang sangat kecil — berukuran nanometer — yang bisa menangkap, menyaring, atau menyimpan molekul tertentu. Struktur MOF bisa diatur sedemikian rupa sehingga hanya molekul tertentu yang bisa masuk, sementara yang lain tertolak.
Bayangkan kamu ingin menyaring karbon dioksida dari campuran gas. Dengan memilih kombinasi logam dan ligan yang tepat, ilmuwan dapat merancang MOF yang “menyukai” CO₂, sehingga gas itu lebih mudah menempel di dalam porinya. Proses ini membuat MOF sangat efisien untuk penangkapan karbon (carbon capture) dari pembangkit listrik atau industri berat.
Selain itu, karena strukturnya dapat “diprogram”, MOF juga digunakan dalam katalisis kimia — mempercepat reaksi tanpa mengonsumsi banyak energi. Beberapa jenis MOF bahkan mampu bertindak sebagai miniatur laboratorium kimia, tempat reaksi kompleks bisa terjadi secara efisien dan selektif.
Aplikasi di Dunia Nyata
Kemunculan MOF tidak hanya mengguncang dunia akademik, tetapi juga menarik perhatian industri. Berikut beberapa bidang utama yang kini sedang dikembangkan berbasis teknologi MOF:
-
Penyimpanan Gas dan Energi
MOF mampu menyimpan gas seperti hidrogen atau metana dalam jumlah besar tanpa tekanan tinggi. Hal ini penting untuk pengembangan kendaraan berbahan bakar hidrogen, yang selama ini terkendala oleh masalah penyimpanan. -
Penyerapan Karbon (Carbon Capture)
Salah satu tantangan besar perubahan iklim adalah emisi karbon dari industri. MOF dapat digunakan untuk menyerap karbon dioksida langsung dari udara atau dari gas buangan pabrik. Teknologi ini dinilai lebih efisien dibandingkan metode tradisional berbasis cairan kimia. -
Pemurnian Air dan Udara
Beberapa MOF dirancang untuk menyerap logam berat atau racun kimia dari air, bahkan dapat mengubah kelembapan udara menjadi air minum di lingkungan kering. -
Farmasi dan Obat-Obatan
Karena MOF dapat membawa dan melepaskan molekul secara terkontrol, material ini mulai digunakan untuk pengiriman obat (drug delivery) dalam tubuh manusia. Obat bisa “disembunyikan” dalam pori-pori MOF dan dilepaskan hanya pada kondisi tertentu, misalnya pH tertentu dalam sel kanker. -
Sensor dan Elektronik Canggih
Struktur MOF yang sensitif terhadap gas atau suhu juga menjadikannya bahan yang ideal untuk sensor kimia berpresisi tinggi. Bahkan, riset terbaru menggabungkan MOF dengan perangkat elektronik fleksibel untuk menciptakan sensor lingkungan portabel.
Dampak Sosial dan Lingkungan
Apa yang membuat penelitian MOF begitu penting adalah dampaknya terhadap masa depan manusia. Dunia tengah menghadapi dua tantangan besar: krisis energi dan pemanasan global. Bahan-bahan baru seperti MOF dapat menjadi kunci untuk mengatasi keduanya.
Dengan kemampuannya menyimpan energi dan menyerap emisi gas rumah kaca, MOF membantu mempercepat transisi menuju energi bersih. Selain itu, potensi penggunaannya dalam produksi air dari udara memberi harapan bagi miliaran orang di wilayah kering seperti Afrika Utara, Timur Tengah, dan beberapa daerah Asia.
Para pemenang Nobel 2025 tidak hanya memberikan alat baru bagi ilmuwan, tetapi juga memberikan arah baru bagi umat manusia: bagaimana menggunakan kecerdikan molekuler untuk menyelamatkan bumi.
Tantangan dan Masa Depan MOF
Meski potensinya luar biasa, penerapan MOF dalam skala industri masih menghadapi kendala. Produksi massal material ini membutuhkan biaya tinggi dan proses sintesis yang rumit. Selain itu, beberapa MOF belum cukup stabil terhadap kelembapan atau suhu tinggi, sehingga tidak cocok untuk lingkungan ekstrem.
Namun, riset terus berkembang. Para ilmuwan kini mencoba membuat MOF generasi baru yang lebih tahan lama, ramah lingkungan, dan mudah diproduksi. Ada pula upaya menggabungkan MOF dengan bahan lain seperti grafena untuk menciptakan komposit hibrida yang lebih kuat dan serbaguna.
Banyak pihak memprediksi bahwa pada dekade 2030-an, MOF akan menjadi bahan umum dalam berbagai industri — dari mobil listrik hingga sistem penyimpanan energi di rumah.
Penutup: Sebuah Tonggak dalam Evolusi Kimia
Hadiah Nobel Kimia 2025 bukan sekadar penghargaan untuk tiga ilmuwan, tetapi juga pengakuan bahwa kimia modern telah memasuki era baru. Jika sebelumnya kimia berfokus pada pembuatan senyawa, kini fokusnya adalah merancang struktur dari bawah ke atas, atom demi atom, hingga mencapai fungsi yang diinginkan.
Richard Robson, Susumu Kitagawa, dan Omar Yaghi telah membuka jendela menuju masa depan bahan cerdas — bahan yang dapat beradaptasi, menyimpan energi, menyerap polusi, dan bahkan menyelamatkan nyawa.
Seperti halnya penemuan plastik pada abad ke-20, Metal-Organic Frameworks berpotensi menjadi simbol revolusi ilmiah abad ke-21. Dan mungkin, di masa depan, ketika manusia berhasil memecahkan krisis energi atau mengubah udara kering gurun menjadi air, kita akan menengok kembali ke tahun 2025 — saat tiga ilmuwan brilian ini diberi penghargaan tertinggi karena telah membantu mengubah wajah dunia.