Нобелевская премия по химии 2025 года присуждена за одно из самых значимых достижений в современном материаловедении — разработку металлоорганических каркасных структур (MOFs). Эта премия отмечает прорыв в создании материалов, способных контролировать и фильтровать молекулы на беспрецедентно точном уровне.
Лауреатами стали трое учёных, заложивших основы этой технологии: Сусуму Китагава (Киотский университет, Япония), Ричард Робсон (Университет Мельбурна, Австралия) и Омар М. Яги (Калифорнийский университет в Беркли, США)
NEWSROOM IN дает краткое объяснение, почему это так круто и где MOF уже меняют мир.
Что Такое MOF?
MOF (Metal-Organic Frameworks) — это молекулярные конструкции, напоминающие пористые губки, но с невероятно упорядоченной структурой. Они состоят из узлов (ионы или кластеры металлов) и связок (органические молекулы-линкеры).
Эти компоненты, соединяясь, образуют трехмерные кристаллические решетки с огромными внутренними пространствами, или порами. Гениальность MOF в том, что эти поры могут быть настроены по размеру, форме и химической активности.
Как отмечает Нобелевский комитет, лауреаты создали «молекулярные конструкции с большими пространствами, через которые могут проходить газы и другие химические вещества. Эти конструкции, металл-органические каркасы, могут использоваться для извлечения воды из воздуха в пустыне, улавливания углекислого газа, хранения токсичных газов или катализа химических реакций«.
Это означает, что MOF могут выступать как молекулярные сита или высокоэффективные хранилища, захватывая одни молекулы, пропуская другие или удерживая большие объемы веществ.
Фактически MOFs — это не просто новый материал, это целый класс материалов, которые можно проектировать с атомной точностью.
Один грамм MOF может иметь внутреннюю площадь поверхности, равную целому футбольному полю. Это позволяет им поглощать и хранить невероятное количество вещества.
Применение MOF в реальной жизни
Практическое применение MOF находится на переднем крае науки и инженерии:
Борьба с Изменением Климата
Это, пожалуй, самое обсуждаемое применение. MOF способны улавливать углекислый газ (CO₂) из промышленных выбросов или даже непосредственно из атмосферы (Direct Air Capture). Они могут связывать CO₂ более эффективно и с меньшими затратами энергии, чем существующие технологии, что является ключом к замедлению глобального потепления.
Чистая питьевая вода (даже в пустыне)
Ученые разработали MOF, которые могут поглощать водяной пар из воздуха даже в условиях экстремально низкой влажности (менее 20%), а затем высвобождать эту воду при небольшом нагреве (например, от солнечного света). Это потенциально революционный прорыв для снабжения питьевой водой в засушливых и пустынных регионах.
Безопасное хранение водорода и метана
Для перехода на чистое водородное топливо нужна эффективная и безопасная система хранения. MOF могут хранить водород или метан (природный газ) при гораздо более низком давлении (и, следовательно, безопаснее), чем обычные баллоны. Это может ускорить разработку автомобилей на водородных топливных элементах.
Целенаправленная доставка лекарств
В медицине MOF служат контейнерами для лекарственных препаратов. Они могут загружаться терапевтическими молекулами и затем запрограммированы на высвобождение лекарства только в определенном месте организма (например, непосредственно в опухоли) под воздействием pH или температуры. Это повышает эффективность лечения и снижает побочные эффекты.
Обнаружение опасных веществ и сенсоры
Некоторые MOF меняют свой цвет или флуоресценцию при поглощении определенных молекул. Это делает их идеальными для создания сверхчувствительных сенсоров, способных обнаруживать следы токсичных газов, взрывчатых веществ или загрязнителей воздуха.
Резюмируя, можно сказать, что MOF — это платформа для создания «умных» материалов, которые не просто существуют, а выполняют работу на молекулярном уровне. Это также основа для десятков новых технологий в области экологии, энергетики и здравоохранения.
NEWSROOM IN напоминает: в 2024 году Нобелевскую премии по химии получили Дэвид Бейкер, Демис Хассабис и Джон Джампер за взлом кода структуры белков.
