8 октября 2025 года Шведская королевская академия наук присудила Нобелевскую премию по химии Сусуму Китагаве (Киотский университет, Япония), Ричарду Робсону (Мельбурнский университет, Австралия) и Омару Ягхи (Калифорнийский университет в Беркли, США) за создание металлоорганических каркасов — MOF (metal-organic frameworks). Премия составила 11 миллионов шведских крон, разделённых поровну между тремя лауреатами.
Что такое MOF
Металлоорганические каркасы — это кристаллические пористые материалы, построенные по принципу конструктора: узлы из ионов металлов соединены между собой длинными органическими молекулами-линкерами. В результате образуется упорядоченная трёхмерная решётка с огромным количеством полостей и каналов.
Ключевая характеристика MOF — исключительно большая удельная площадь поверхности. Один грамм некоторых MOF теоретически обладает внутренней поверхностью, соизмеримой с площадью нескольких футбольных полей. По сути, это материал, большая часть которого — пустота, организованная с молекулярной точностью.
Варьируя выбор металла и органического линкера, химики могут «настраивать» размер и форму полостей — создавая MOF, избирательно захватывающие молекулы определённого размера или химической природы.
Вклад каждого из лауреатов
Ричард Робсон ещё в 1989 году описал концептуальные основы создания сетевых структур из металлических узлов и органических линкеров. Он сформулировал принцип, который позже был реализован практически.
Сусуму Китагава в 1990-х годах показал, что газы могут входить и выходить из пор MOF при изменении давления — это означало, что каркасы могут функционировать как обратимые хранилища газов. Он также предсказал возможность гибких MOF, меняющих форму пор в ответ на внешние воздействия.
Омар Ягхи создал химически стабильный MOF (MOF-5) и доказал, что свойства материала можно систематически изменять, подбирая разные линкеры. Он показал, что из одного базового мотива можно создать целые семейства MOF с предсказуемо различающимися свойствами. Именно этот вклад открыл путь к рациональному дизайну пористых материалов.
Что уже работает на практике
По данным Нобелевского комитета, на сегодняшний день синтезированы десятки тысяч различных MOF. Часть из них перешла от лабораторного масштаба к промышленному применению. Ряд компаний уже производит MOF коммерчески.
Одно из наиболее разработанных направлений — адсорбционное хранение и разделение газов. Некоторые MOF позволяют удерживать метан или избирательно связывать углекислый газ. Существуют коммерчески выпускаемые материалы и пилотные установки, однако масштаб внедрения зависит от конкретного состава, стоимости, устойчивости к влаге и возможности регенерации.
Захват воды из воздуха — направление, вызывающее особый интерес: ряд MOF эффективно извлекает водяной пар из воздуха с низкой влажностью, что теоретически позволяет получать воду в засушливых регионах. Прототипы таких устройств продемонстрированы в лабораторных условиях.
Что пока на экспериментальном этапе
Важно отличать реализованные применения от перспективных направлений, которые пока существуют только на уровне лабораторных демонстраций или малых пилотных проектов.
Медицинская доставка лекарств: MOF потенциально могут выступать носителями препаратов, обеспечивая их контролируемое высвобождение в нужном органе. Это направление активно исследуется, но до клинических применений далеко — вопросы токсичности, биосовместимости и масштабирования не решены.
Удаление загрязнителей из воды: MOF способны адсорбировать тяжёлые металлы, фармацевтические препараты и PFAS («вечные химикаты»). Лабораторные результаты впечатляют, но промышленные установки для очистки воды пока единичны.
Каталитическое применение: структурированные активные центры в порах MOF — перспективная альтернатива традиционным катализаторам. Направление интенсивно развивается.
К 2025 году MOF были посвящены десятки тысяч публикаций, а число синтезированных структур продолжало быстро расти. Это подчёркивает, что дистанция между лабораторными демонстрациями и массовым применением у подавляющего большинства из них весьма значительна.
Почему это важно
Традиционно химия пористых материалов оперировала природными цеолитами — минералами с жёсткой пористой структурой, используемыми в нефтехимии и водоочистке. MOF принципиально отличаются от цеолитов модульностью: теоретически из существующих металлов и органических линкеров можно сконструировать практически неограниченное число различных структур с заданными свойствами. Это открывает пространство для молекулярной инженерии материалов в масштабе, недоступном для природных минералов.
Нобелевский комитет обратил внимание именно на это: лауреаты не просто синтезировали новый класс соединений, но предложили принцип рационального дизайна материалов, пригодный для решения конкретных технологических задач.
Гибкие MOF и совместное поглощение
Одно из направлений, которое сам Китагава предсказал теоретически и которое активно развивается, — гибкие MOF, способные изменять размер пор в ответ на давление, температуру или химическую среду. Такие материалы могут действовать как «ворота»: поглощать газы выше определённого давления и высвобождать при снижении. Это свойство перспективно для хранения газов и разделения смесей — задач, где нужно избирательно захватывать одни молекулы и пропускать другие. Степень промышленной реализации этих возможностей зависит от того, насколько хорошо удастся воспроизвести лабораторные условия в масштабируемых установках. Отдельно оценивают долговечность, стоимость синтеза и устойчивость материала к влаге.
Читайте также: Может ли ИИ получить Нобелевскую премию: что говорят действующие правила