Трое исследователей, получивших Нобелевскую премию по химии в 2025 году, открыли новую область в материаловедении благодаря своему новаторскому созданию металло-органических каркасов — кристаллических структур, которые могут революционизировать всё: от улавливания углекислого газа до сбора воды в самых засушливых регионах мира.Королевская шведская академия наук объявила в среду, что Сусуму Китагава из Киотского университета, Ричард Робсон из Мельбурнского университета и Омар Яги из Калифорнийского университета в Беркли разделят приз в 11 миллионов шведских крон (1,2 миллиона долларов) за свою работу по созданию этих высокопористых материалов.
Революционная молекулярная архитектура
Металлоорганические каркасы, или MOF, представляют собой то, что Нобелевский комитет охарактеризовал как «новый тип молекулярной архитектуры», предоставляющий химикам беспрецедентные инструменты для решения глобальных проблем. Эти материалы состоят из кластеров металлов, соединённых органическими молекулами, образуя структуры с огромными внутренними полостями, которые могут избирательно захватывать, хранить и высвобождать определённые молекулы.
Комитет подчеркнул, что работа лауреатов «открыла новые возможности для химиков в решении некоторых насущных проблем, с которыми мы сталкиваемся». Области применения простираются от сбора воды из пустынного воздуха до улавливания углекислого газа из промышленных выбросов и хранения водорода для получения чистой энергии.
Прорыв начался в конце 1980-х годов, когда Робсон, готовя модели для лекций по химии в Мельбурнском университете, задумал создать алмазоподобные структуры с огромными внутренними пространствами. В своей статье 1989 года он продемонстрировал, что сочетание ионов меди с специально разработанными четырёхрукавными молекулами может создать кристаллические структуры с большими полостями, отличающиеся от традиционных плотных материалов.
Глобальное влияние и коммерческий потенциал
Яги, который ввел термин «ретикулярная химия» для этой области, возглавил усилия по превращению лабораторных открытий в реальные приложения. Его команда разработала устройства на основе МОФ, которые могут добывать воду из воздуха пустыни, используя только солнечный свет, что было успешно продемонстрировано в Долине Смерти, Калифорния. Эта технология способна производить до 285 граммов воды на каждый килограмм МОФ в день, предлагая потенциальные решения для регионов мира, испытывающих нехватку воды.
Коммерческие применения быстро расширяются. Согласно исследованию рынка, мировой рынок МОФ растет примерно на 30% ежегодно и может достигнуть нескольких сотен миллионов долларов к 2035 году. Компании, включая Svante, Nuada и BASF, внедряют системы улавливания углерода на основе МОФ, причём технология CALF-20 компании Svante уже ежедневно улавливает примерно одну тонну CO₂ от выбросов цементного завода.
Научное признание и перспективы на будущее
Нобелевская премия по химии 2025 года стала третьей, объявленной в этом году, после наград за достижения в медицине и физике. Все три лауреата обладают обширным опытом: Китагава заложил основы концепции «мягких пористых кристаллов», реагирующих на химические и физические стимулы, Робсон разработал рациональные принципы дизайна для кристаллической инженерии, а Яги опубликовал более 300 статей, которые получили свыше 227 000 цитирований.
Это признание происходит на фоне перехода MOF-структур от лабораторных курьезов к промышленным применениям, направленным на решение проблем изменения климата, хранения энергии и нехватки воды. Сейчас синтезировано более 100 000 структур MOF, и открываются новые области применения — от доставки лекарств до сенсоров и катализа, что делает работы лауреатов фундаментальными для развития химии и материаловедения на десятилетия вперед.
Комментариев нет:
Отправить комментарий