Вода из пустыни и термометр для клетки
Нобелевская премия по химии 2025 года вручена химикам, которые придумали, как сделать прочные каркасы из металлов и органических молекул.
Как сообщил в среду Нобелевский комитет, премию разделили Сусуму Китагава (Киотский университет, Киото, Япония), Ричард Робсон (Мельбурнский университет, Мельбурн, Австралия) и Омар Р. Яги (Калифорнийский университет в Беркли, Калифорния, США). Официальная формулировка, изложенная представителями комитета,— «За разработку металлорганических каркасов». Как обычно, размер Нобелевской премии составил 10 млн шведских крон.
Лауреаты Нобелевской премии по химии 2025 года создали молекулярные конструкции с большими пространствами, через которые могут проходить газы и другие химические вещества. В них роль узлов играют ионы металлов (или неорганические молекулы, а иногда — комплексные соединения), к которым крепятся концы углеродных цепочек, образуя ребра пространственных фигур. Такие конструкции, названные металлоорганическими каркасами (в англоязычном варианте MOF — metal-organic frameworks), могут использоваться для сбора воды из воздуха пустынь, улавливать углекислый газ, хранить в себе токсичные газы или за счет развитой поверхности катализировать химические реакции. Как отметил председатель Нобелевского комитета по химии Хайнер Линке: «Металлоорганические каркасы обладают огромным потенциалом, открывая ранее невиданные возможности для создания индивидуальных материалов с новыми функциями».
Как говорится в релизе Нобелевского комитета, в 1989 году Ричард Робсон впервые соединил положительно заряженные ионы меди с четырехлучевой органической молекулой, которая имела на конце каждого из лучей группу, которая притягивалась к иону меди. Соединившись, они образовали упорядоченный объемный кристалл с кучей пустот. Робсон сразу осознал потенциал своей молекулярной конструкции, но она оказалась нестабильной и легко разрушалась. Зато Сусуму Китагава и Омар Яги независимо друг от друга совершили ряд революционных открытий, которые помогли распространению металлорганических каркасов. Китагава показал, что газы могут втекать в такие конструкции и вытекать из них. А также предсказал, что металлоорганические каркасы можно сделать гибкими. А Яги создал очень устойчивый каркас и показал, что его можно модифицировать, придавая ему новые и желаемые свойства. Рассказывает в. н. с. кафедры неорганической химии химического факультета МГУ, д. х. н., профессор Валентина Уточникова: «Среди ключевых преимуществ металлорганических каркасов — высокая стабильность, в том числе термическая, высокая пористость, гибкость (в ряде случаев каркас может „дышать“ при адсорбции), селективность в поглощении, каталитическая активность, устойчивость к деформациям, а также возможность дизайнерской настройки функциональных групп, чтобы оптимизировать материал для конкретного применения».