Нобелевская премия 2025 года: триумф молекулярной архитектуры в химии

Присуждение Нобелевской премии по химии 2025 года стало признанием фундаментального прорыва в материаловедении, отметив новаторские изыскания Сусуму Китагавы, Ричарда Робсона и Омара М. Ягхи. Эти три выдающихся учёных удостоены награды за разработку металлоорганических каркасов (MOF) — класса материалов, который открывает новые горизонты в управлении материей на наноуровне. MOF представляют собой поразительные молекулярные конструкции, характеризующиеся наличием обширных внутренних полостей, которые позволяют им избирательно поглощать, удерживать и высвобождать газы и иные химические соединения. Эти структуры функционируют как «молекулярные губки» с колоссальной внутренней площадью поверхности, что делает их незаменимыми для решения сложных задач сепарации и хранения.

Ричард Робсон заложил основу этого направления, создав в 1989 году первые упорядоченные кристаллические структуры, соединив ионы меди с органическими молекулами с четырьмя «руками». Однако эти ранние образцы страдали от недостаточной прочности и склонности к разрушению. Переломный момент наступил в период с 1992 по 2003 год, когда Сусуму Китагава и Омар М. Ягхи смогли стабилизировать эти хрупкие архитектуры. Их ключевое достижение заключалось в демонстрации того, что газы могут свободно проникать в каркасы и выходить из них, что подтвердило их гибкость и возможность точной настройки через целенаправленный дизайн. Профессор Китагава, представляющий Киотский университет, и профессор Ягхи из Калифорнийского университета в Беркли, наряду с профессором Робсоном из Мельбурнского университета, разработали методы, сделавшие MOF практически применимыми. Например, в лаборатории Ягхи был создан MOF-5, отличающийся исключительно большим объёмом пор и высокой стабильностью.

Нобелевский комитет подчеркнул, что эти структуры открывают ранее невообразимые возможности для создания материалов с заданными функциями. Председатель комитета, Хайнер Линке, сравнил потенциал MOF с «сумочкой Гермионы» из «Гарри Поттера», способной вместить огромное количество газа в крошечном объёме. Вклад этих учёных позволил химикам получить инструменты для решения насущных мировых проблем. Спектр практического использования MOF поистине широк. Они являются краеугольным камнем в развитии «зелёных» технологий: от эффективного извлечения влаги из разреженного воздуха пустынь (например, с помощью материала MOF-303, который может собирать водяной пар ночью) до улавливания углекислого газа и безопасного хранения водорода. Более того, эти материалы перспективны для разделения смесей лёгких углеводородов, что критически важно для нефтегазовой отрасли, а также для доставки фармацевтических препаратов и даже замедления созревания фруктов путём поглощения этиленового газа. Исследования также показывают их потенциал в катализе и в качестве сенсоров.

Несмотря на триумф, на пути к повсеместному внедрению остаются инженерные вызовы, такие как обеспечение долговечности в циклах поглощения/высвобождения и масштабирование производства. Тем не менее, эти каркасы, по мнению некоторых исследователей, могут стать материалами XXI века, предлагая решения для борьбы с изменением климата через технологии улавливания и хранения углерода. Лауреаты разделили между собой премию в размере 11 миллионов шведских крон. Реакция на столь высокую оценку была сдержанной: Китагава выразил удивление, Робсон отметил трудности, связанные с последующей суматохой, а Ягхи лаконично заметил, что к такому моменту невозможно подготовиться. Их совместная работа не просто трансформировала химию материалов, но и предоставила человечеству мощный рычаг для формирования более устойчивого будущего, где даже кажущаяся пустота в структуре атомов становится источником великих возможностей.