Королевская Шведская академия наук присудила Нобелевскую премию по химии 2025 года трём выдающимся учёным — Сусуму Китагаве (Япония), Ричарду Робсону (Австралия) и Омару Яги (США) — за разработку и систематическое изучение металлорганических каркасов (MOF, metal-organic frameworks). Это молекулярные структуры, обладающие уникальной способностью захватывать, хранить и фильтровать химические вещества благодаря своей пористой архитектуре.
Что такое металлорганические каркасы?
Металлорганические каркасы — это кристаллические соединения, состоящие из ионов металлов, соединённых органическими лигандами. Их уникальность заключается в том, что они образуют регулярные трёхмерные структуры с огромным внутренним объёмом и пористостью. Эти «молекулярные решётки» могут иметь площадь поверхности до 7000 м² на грамм вещества — это больше, чем у активированного угля или цеолитов.
Благодаря своей архитектуре MOF способны:
- улавливать и хранить газы, включая углекислый газ, водород и метан;
- извлекать воду из воздуха даже в условиях пустыни;
- фильтровать токсичные вещества и загрязнители;
- катализировать химические реакции с высокой селективностью;
- использоваться в медицине для доставки лекарств.
Именно за создание, классификацию и развитие этих структур лауреаты были удостоены высшей научной награды.
Кто эти лауреаты?
Сусуму Китагава — профессор Университета Киото, один из пионеров в области пористых координационных полимеров. Его работы заложили фундамент для понимания того, как можно управлять размером пор и химической активностью MOF. Китагава также исследовал возможность использования этих структур в качестве сенсоров и материалов для хранения энергии.
Ричард Робсон — профессор Мельбурнского университета, внёс ключевой вклад в синтез и топологическую классификацию металлорганических каркасов. Его исследования позволили создать стабильные структуры, пригодные для промышленного применения. Робсон также разработал методы прогнозирования свойств MOF на основе их геометрии.
Омар Яги — профессор Калифорнийского университета в Беркли, известен как один из самых цитируемых химиков мира. Он разработал сотни новых MOF, включая структуры, способные улавливать воду из воздуха в пустынных регионах. Его работа имеет огромное значение для устойчивого развития, особенно в контексте изменения климата и нехватки пресной воды.
Применение в реальном мире
Металлорганические каркасы уже находят применение в различных отраслях:
- Экология: MOF используются для улавливания CO₂ на электростанциях, фильтрации промышленных выбросов и очистки воздуха в городах.
- Энергетика: они помогают хранить водород и метан, что важно для развития альтернативных источников энергии.
- Медицина: MOF применяются для доставки лекарств, особенно в онкологии, где требуется точная доставка активных веществ к опухоли.
- Пищевая промышленность: используются для удаления этилена, продлевая срок хранения фруктов.
- Военные технологии: применяются в фильтрах против химического оружия и в сенсорах для обнаружения взрывчатых веществ.
Научное значение
Награждение за металлорганические каркасы — это признание фундаментального значения материаловедения в решении глобальных проблем. Эти структуры — не просто химические новинки, а инструменты, способные изменить подход к хранению энергии, борьбе с загрязнением и обеспечению доступа к воде.
Премия также подчёркивает важность международного сотрудничества. Китагава, Робсон и Яги работали в разных странах, но их исследования дополняли друг друга, создавая целую научную область, которая сегодня активно развивается.
Финансовая сторона
Премия составляет 11 миллионов шведских крон, что эквивалентно примерно 1 миллиону евро. Она будет поровну разделена между тремя лауреатами. Но гораздо важнее — признание их вклада в науку, которое открывает новые горизонты для исследований, финансирования и внедрения технологий.
Перспективы
Исследования в области MOF продолжаются. Учёные работают над созданием «умных» каркасов, способных изменять форму и свойства в ответ на внешние стимулы. Также ведутся работы по интеграции MOF в гибкие материалы, сенсоры и даже электронные устройства.
Ожидается, что в ближайшие годы MOF будут использоваться в строительстве «дышащих» стен, которые регулируют влажность и температуру, в носимых устройствах для мониторинга здоровья, а также в системах автономного водоснабжения для удалённых регионов.
Заключение
Нобелевская премия по химии 2025 года стала признанием того, что наука о материалах — это не просто фундаментальная дисциплина, а ключ к решению самых насущных проблем человечества. Металлорганические каркасы — это пример того, как молекулярная архитектура может стать основой для устойчивого будущего.
Работы Китагавы, Робсона и Яги — это не только научный прорыв, но и вдохновение для нового поколения исследователей, инженеров и предпринимателей. Их открытия уже меняют мир — от пустынь до мегаполисов, от лабораторий до заводов. И, возможно, именно такие структуры однажды помогут человечеству справиться с вызовами XXI века.