Нобелевская премия по химии 2025 года: от «игрушки-головоломки» до материала века

Нобелевская премия по химии 2025 года присуждена трем ученым, которые стали пионерами в разработке металлорганических каркасов (МОК) — революционных пористых материалов с широким спектром потенциальных применений: от улавливания воды в пустынях и хранения CO₂ до доставки лекарств в организм.

На экране — имена трёх учёных , получивших Нобелевскую премию по химии 2025 года, во время церемонии объявления в Королевской шведской академии наук в Стокгольме 8 октября. Фото: REUTERS

8 октября в Стокгольме (Швеция) трем ученым Сусуму Китагаве (74 года, Киотский университет, Япония), Ричарду Робсону (88 лет, Мельбурнский университет, Австралия) и Омару М. Яги (60 лет, Калифорнийский университет в Беркли, США) была вручена 117-я Нобелевская премия по химии.

Их достижения рассказывают прекрасную историю об интеллектуальных амбициях, исследовательской настойчивости и силе трансграничного научного сотрудничества.

Применение многоцелевого вспененного материала

Победившая работа называется «Разработка металл-органических каркасов» (МОК). В этой структуре ионы металлов служат основой, связанной с длинными органическими молекулами, содержащими углеродные радикалы. Такое сочетание создаёт кристаллы с большими полостями — пористые материалы с уникальными свойствами.

Изменяя строительные блоки, химики могут проектировать MOF для захвата и хранения определенных веществ, стимулирования химических реакций или проведения электричества.

«Металлоорганические каркасы обладают огромным потенциалом, открывая беспрецедентные возможности для создания индивидуальных материалов со множеством новых функций», — заявил на церемонии награждения Хайнер Линке, председатель Нобелевского комитета по химии.

Благодаря новаторским открытиям трех ученых исследователи разработали десятки тысяч различных типов MOF, открыв бесчисленные направления для науки и техники.

История начинается в 1989 году, когда профессор Ричард Робсон из Мельбурнского университета (Австралия) попытался использовать новый способ создания химических структур.

Он соединил положительно заряженные ионы меди с четырёхлучевой молекулой, содержащей химическую группу, притягивающую ионы меди на конце каждой из ветвей. В результате получился кристалл с упорядоченной структурой с открытым пространством, подобный алмазу, содержащему бесчисленное количество полостей.

Затем Робсон и его коллеги разработали принцип «стержня-узла» для создания полой координационной сети, открыв путь к проектированию металлоорганических каркасов желаемой формы. Однако исходные структуры были нестабильны и склонны к разрушению, что стало самым большим препятствием на начальном этапе.

Три континента за один прорыв

Однако два учёных, Сусуму Китагава и Омар Яги, заложили прочную основу этого метода. С 1992 по 2003 год они совершили ряд революционных открытий.

В Киотском университете (Япония) профессор Китагава опроверг распространенное до 1997 года представление о том, что полые органические кристаллы разрушатся, если внутри ничего нет.

Он продемонстрировал возможность создания одновременно пористых и прочных металлоорганических гибридов, а также возможность втекания и вытекания газов из этих структур. Он также ввёл термин «дышащие металлоорганические каркасы», описывая способность металлоорганических каркасов расширяться и сжиматься в ответ на адсорбируемые ими молекулы, подобно человеческим лёгким.

Будучи молодым аспирантом и будущим профессором, Яги задавался вопросом, почему химия материалов ограничивается методом «встряхнуть и выпечь». Тогда ему пришла в голову идея «сшивать» молекулярные блоки, как кусочки пазла, чтобы создать кристаллическую решётку по заданному образцу.

Эти идеи легли в основу «сетчатой ​​химии», и именно он придумал название MOF для нового материала. Он также разработал теоретические конструкции и создал классический материал MOF-5 с его огромной площадью поверхности и высокой стабильностью.

После бессонных ночей в лаборатории, треснувших кристаллов и бесчисленных неудач г-н Робсон заложил основу для MOF. Г-н Китагава продемонстрировал гибкую пористость, а г-н Яги систематизировал методы и терминологию, чтобы помочь научному сообществу и дальше расширять применение этих методов в производстве и повседневной жизни.

Несмотря на то, что эти три гиганта химии работают по отдельности на трех континентах, они уже несколько десятилетий являются коллегами и близкими друзьями, дополняя научные достижения друг друга с 1989 года.

Член Нобелевского комитета по химии Улоф Рамстрём сравнил их открытие с «волшебной сумкой Гермионы Грейнджер» из книг о Гарри Поттере: маленькая снаружи, но достаточно большая, чтобы вместить целый мир внутри.

Эти ранние годы и десятилетия исследований сегодня привели к присуждению престижной Нобелевской премии. История MOF, конечно же, только начинается.

(a) Процесс образования MOF; (b) Процесс адсорбции газа или других веществ в MOF - Данные: SPRINGER; Данные: TV

Из лаборатории в жизнь

MOF широко используются в производстве и повседневной жизни. Помимо функций, упомянутых Нобелевским комитетом, этот материал также может накапливать CO₂ для преобразования его в полезные органические продукты, высвобождать лекарственные препараты в организме, катализировать химические реакции и даже замедлять созревание фруктов, улавливая этилен.

Эти примеры показывают, что MOF — это не только «хорошие» пористые материалы для фундаментальных исследований, но и важные технологические платформы для энергетики, окружающей среды и биомедицины, способствующие улучшению качества жизни.

Во Вьетнаме многие исследовательские группы в университетах и ​​научных институтах применяют металлоорганические соединения (МОС) в катализе, хранении газов и высвобождении лекарственных препаратов. Это свидетельствует о том, что отечественные учёные следят за передовыми технологическими тенденциями.

В ближайшие несколько лет MOF будут внедрены в полупромышленные процессы, интегрированы в оборудование для сбора воды, улавливания CO₂, адсорбционные колонны и мембраны тонкой фильтрации.

Ожидается, что в течение следующих 5–10 лет MOF могут быть спроектированы по требованию для безопасного хранения водорода, селективного молекулярного разделения, высокочувствительного мониторинга окружающей среды и зеленого химического катализа, что позволит сократить расходы на электроэнергию, сократить выбросы и открыть новое поколение рынков каркасных материалов.

С учетом быстрого развития искусственного интеллекта вполне возможно, что ИИ будет способствовать созданию MOF с высокой прикладной ценностью во многих других областях.

Профессор Омар Яги и его вклад в VNU-HCM

Профессор Яги посетил кампус VNU-HCM в 2010 году. Фото: DPCC

За 30 лет своего создания и развития VNU-HCM всегда получал ценную поддержку от многих международных экспертов и ученых — искренних и преданных друзей, которые подарили нам замечательные уроки в области управления, исследований и инноваций.

В частности, профессор Омар М. Яги (Калифорнийский университет в Беркли - UCB), ведущий мировой ученый в области металл-органических каркасов (MOF), оставил глубокий след в VNU-HCM.

Благодаря строгому, но вдохновляющему стилю работы профессор не только помогает достичь многих конкретных результатов, но и вносит вклад в изменение сознания и культуры научных исследований в школе.

В процессе сотрудничества VNU-HCM извлек ценные уроки: Дисциплина и страсть: Научная работа требует серьезности, огромной страсти и стандартной лабораторной дисциплины; Выдающееся качество : Все исследования должны соответствовать международным стандартам и публиковаться только в самых престижных журналах; Талант и отношение: Ученые должны получать поддержку от ведущих консультантов, адекватных условий для проведения исследований и режима, соразмерного «рыночной стоимости»; Применимость: Даже если это фундаментальное исследование, оно все равно должно быть нацелено на возможность подачи заявки и привлечения финансирования — то, что сам профессор Яги сделал непосредственно с VNU-HCM; Гуманность и строгость: Строгие в экспертизе, но в то же время добрые, близкие и всегда готовые поделиться.

В 2022 году профессор Омар М. Яги был удостоен премии VinFuture, но еще большее значение имеют ценности, которые он оставил после себя — от подготовки молодого поколения ученых, создания Центров передового опыта (ЦП) до распространения духа профессиональных исследований и преданности знаниям.

Доцент, доктор Фан Тань Бинь (бывший директор VNU-HCM)

Вернуться к теме

Доцент, доктор Нгуен Тхань Винь - Лили Нгуен

Источник: https://tuoitre.vn/nobel-hoa-hoc-2025-tu-do-choi-xep-hinh-den-vat-lieu-the-ky-20251008222351112.htm