Нобелівська премія з хімії 2025: Революція у Світі Метало-Органічних Каркасів

У жовтні 2025 року Шведська королівська академія наук оголосила лауреатів Нобелівської премії з хімії. Цьогорічну нагороду здобули Омар Ягі, Сусуму Китагава та Річард Робсон. Відзначено їхню новаторську працю у сфері створення та синтезу метало-органічних каркасів (MOFs). Саме Омар Ягі цей напрямок охрестив «регулярною хімією» (reticular chemistry). Загальний призовий фонд у розмірі 11 мільйонів шведських крон буде розподілено між трьома науковцями порівну.

Глобальне значення інноваційних матеріалів

Метало-органічні каркаси (MOFs) — це гібридні матеріали, що складаються з іонів металів або їхніх кластерів, які з'єднані органічними молекулами. Вони формують повторювані тривимірні кристалічні ґратки. Унікальність цих структур полягає у їхній надзвичайній пористості та наявності великих порожнин, що дозволяють вільно проходити газам та різноманітним хімічним речовинам. Розробки цих лауреатів мають вирішальне значення для подолання низки найгостріших світових викликів, починаючи від екологічних проблем і закінчуючи енергетичною кризою.

Започаткування напрямку Річардом Робсоном

Річард Робсон зробив перший вагомий крок у цьому науковому напрямку ще у 1989 році. Його натхненням послужила структура алмазу. Він експериментував із позитивно зарядженими іонами міді, прагнучи створити першу передбачувану тривимірну ґратку з великими порожнинами. Хоча перші моделі, розроблені Робсоном, не відзначалися високою стабільністю, вони стали незамінною відправною точкою для подальших наукових проривів у цій галузі.

Прориви у стабільності від Ягі та Китагави

Омар Ягі, який працював у той час у двох провідних установах — Університеті Аризони та Каліфорнійському університеті в Берклі, здійснив синтез каркаса у 1995 році, який став фундаментом для створення стабільних MOFs. Лабораторія Ягі отримала матеріал, питома поверхня якого сягала приблизно 4000 квадратних метрів на один грам речовини. Трохи пізніше, у 1997 році, Сусуму Китагава з Кіотського університету продемонстрував важливу властивість селективної адсорбції газів. На прикладі каркаса на основі кобальту він показав, як матеріал може поглинати вуглекислий газ, азот та кисень. Китагава також запровадив концепцію так званих «гнучких» каркасів, здатних змінювати свою внутрішню структуру при контакті з певними молекулами.

Масштаби застосування та комерційний потенціал

На сьогоднішній день науковці синтезували вже понад 100 000 різновидів метало-органічних каркасів. Ці матеріали обіцяють справжню технологічну революцію. Серед ключових застосувань — ефективне уловлювання вуглекислого газу безпосередньо з промислових викидів (очікується комерційне впровадження у 2026–2027 роках), покращене зберігання енергії, точна адресна доставка лікарських засобів, а також збір атмосферної вологи у посушливих регіонах.

Комерційне визнання та наукова спадщина

Технологія PCP/MOF, розроблена Китагавою, вже знаходить своє практичне застосування. Наприклад, вона інтегрована у проєкти на кшталт Smart Gas Network, де використовуються контейнери CubiTan® для транспортування метану без необхідності прокладання стаціонарних трубопроводів. Присудження Нобелівської премії є логічним і заслуженим визнанням десятиліть фундаментальних досліджень, які змінили ландшафт сучасного матеріалознавства у всьому світі.