Нобелівська премія з хімії 2025: від «іграшки-головоломки» до матеріалу століття

Нобелівську премію з хімії 2025 року присуджено трьом вченим, які стали піонерами у розробці металоорганічних каркасів (MOF) – революційних пористих матеріалів із широким спектром потенційних застосувань, від уловлювання води в пустелях та зберігання CO₂ до доставки ліків в організм.

На екрані зображено трьох вчених , які отримали Нобелівську премію з хімії за 2025 рік, під час церемонії оголошення в Королівській шведській академії наук у Стокгольмі 8 жовтня - Фото: REUTERS

8 жовтня у Стокгольмі (Швеція) трьом вченим Сусуму Кітаґаві (74 роки, Кіотський університет – Японія), Річарду Робсону (88 років, Мельбурнський університет – Австралія) та Омару М. Ягі (60 років, Каліфорнійський університет – Берклі, США) було вручено 117-ту Нобелівську премію з хімії.

Їхні досягнення розповідають прекрасну історію інтелектуальних амбіцій, наполегливості в дослідженнях та сили транскордонної наукової співпраці.

Застосування багатоцільового пінопластового матеріалу

Робота-переможець називається «Розробка металоорганічних каркасів» (MOF). У цій структурі іони металів виступають в ролі основи, пов'язаної з довгими органічними молекулами, що містять вуглецеві радикали. Таке поєднання створює кристали з великими порожнинами – пористі матеріали з унікальними властивостями.

Шляхом налаштування будівельних блоків, хіміки можуть розробляти MOF для захоплення та зберігання певних речовин, стимулювання хімічних реакцій або проведення електрики.

«Металоорганічні каркаси мають величезний потенціал, відкриваючи безпрецедентні можливості для створення індивідуальних матеріалів з багатьма новими функціями», – сказав на церемонії нагородження голова Нобелівського комітету з хімії Хайнер Лінке.

Завдяки новаторським відкриттям трьох вчених, дослідники розробили десятки тисяч різних типів MOF, відкриваючи незліченну кількість напрямків для науки та техніки.

Історія починається в 1989 році, коли професор Річард Робсон з Мельбурнського університету (Австралія) спробував використати новий спосіб створення хімічних структур.

Він поєднав позитивно заряджені іони міді з чотирирукою молекулою, хімічна група якої притягувала іони міді на кінчику кожної руки. Результатом став кристал з упорядкованою структурою відкритого простору, подібний до алмазу, що містить незліченну кількість порожнин.

Робсон та його колеги потім розробили принцип «стрижень-вузол» для створення порожнистої координаційної мережі, що проклало шлях для проектування металоорганічних каркасів бажаної форми. Однак початкові структури були нестабільними та схильними до руйнування, що було найбільшою перешкодою на початковому етапі.

Три континенти в одному прориві

Однак двоє вчених, Сусуму Кітагава та Омар Ягі, заклали міцну основу для цього методу. З 1992 по 2003 рік вони зробили низку революційних відкриттів.

У Кіотському університеті (Японія) професор Кітагава спростував поширене до 1997 року уявлення про те, що порожнисті органічні кристали руйнуються, якщо всередині нічого немає.

Він продемонстрував, що можливо створити гібриди органічних речовин та металів, які були б одночасно пористими та міцними, і що гази могли б проникати в ці структури та виходити з них. Він також ввів термін «дихаючі MOF», описуючи здатність MOF розширюватися та стискатися у відповідь на молекули, які вони адсорбують, подібно до людських легень.

Будучи молодим аспірантом і майбутнім професором, Ягі задавався питанням, чому хімія матеріалів обмежується методом «струшування та випікання». Звідти йому спала на думку ідея «зшивання» молекулярних блоків, як пазла, щоб створити кристалічну решітку відповідно до задуму.

Це мислення стало основою «ретикулярної хімії», і саме він придумав назву MOF для нового матеріалу. Він також розробив теоретичні конструкції та створив класичний матеріал MOF-5 з його величезною площею поверхні та високою стабільністю.

Після безсонних ночей у лабораторії, розтрісканих кристалів та незліченних невдач, пан Робсон заклав основу для металообробних матеріалів (MOF). Пан Кітагава продемонстрував гнучку пористість, а пан Ягі систематизував методи та термінологію, щоб допомогти науковій спільноті продовжувати розширювати застосування у виробництві та побуті.

Хоча ці три велетні хімії працюють окремо на трьох континентах, вони є колегами та близькими друзями протягом десятиліть, доповнюючи дослідницькі прориви один одного з 1989 року.

Член Нобелівського комітету з хімії Улоф Рамстрем порівняв їхнє відкриття з «чарівною сумкою Герміони Ґрейнджер» з книг про Гаррі Поттера, маленькою зовні, але достатньо великою, щоб вмістити цілий світ усередині.

Ці ранні роки та десятиліття досліджень призвели до престижної Нобелівської премії сьогодні. Історія MOF, звичайно, тільки починається.

(a) Процес утворення MOF; (b) Процес адсорбції газу або інших речовин у MOF - Дані: SPRINGER; Дані: TV

З лабораторії до життя

МОФ зараз широко використовуються у виробництві та повсякденному житті. Окрім застосувань, згаданих Нобелівським комітетом, цей матеріал також може накопичувати викиди CO₂ для перетворення їх на корисні органічні продукти, вивільняти ліки в організмі, каталізувати хімічні реакції та навіть уповільнювати процес дозрівання фруктів, утримуючи етилен.

Ці приклади показують, що металоорганічні фольги (МОФ) є не лише «гарними» пористими матеріалами для фундаментальних досліджень, але й важливими технологічними платформами для енергетики, навколишнього середовища та біомедицини, що сприяють покращенню якості життя.

У В'єтнамі багато дослідницьких груп університетів та наукових інститутів застосовують металоорганічні плівки (МОФ) для каталізу, зберігання газу та вивільнення ліків. Це свідчить про те, що вітчизняні вчені не відстають від передових технологічних тенденцій.

Протягом наступних кількох років MOF будуть впроваджені в напівпромислові процеси, інтегровані в обладнання для збору води, уловлювання CO₂, адсорбційні колони та мембрани тонкої фільтрації.

Очікується, що протягом наступних 5-10 років MOF (метал-оксидні оболонки) можуть бути розроблені на замовлення для безпечного зберігання водню, селективного молекулярного розділення, високочутливого зондування навколишнього середовища та зеленого хімічного каталізу, що дозволить знизити витрати енергії, скоротити викиди та відкрити ринки каркасних матеріалів нового покоління.

Зі швидким розвитком штучного інтелекту не виключено, що ШІ сприятиме створенню MOF з високою прикладною цінністю в багатьох інших галузях.

Професор Омар Ягі та його досягнення у VNU-HCM

Професор Ягі відвідав кампус VNU-HCM у 2010 році - Фото: DPCC

Протягом 30 років заснування та розвитку, VNU-HCM завжди отримував цінну підтримку від багатьох міжнародних експертів та науковців – щирих та відданих друзів, які принесли цінні уроки в управлінні, дослідженнях та інноваціях.

Зокрема, професор Омар М. Ягі (Каліфорнійський університет, Берклі - UCB), провідний світовий вчений з металоорганічних каркасів (MOF), залишив глибокий слід у VNU-HCM.

Завдяки суворому, але натхненному стилю роботи, професор не лише допомагає досягти багатьох конкретних результатів, але й робить внесок у переформування свідомості та культури наукових досліджень у школі.

З процесу співпраці VNU-HCM виніс цінні уроки: Дисципліна та пристрасть: Наукова робота вимагає серйозності, глибокої пристрасті та стандартної лабораторної дисципліни; Видатна якість : Усі дослідження повинні відповідати міжнародним стандартам, публікуватися лише в найпрестижніших журналах; Талант та ставлення: Вчені повинні мати підтримку провідних консультантів, належні умови дослідження та режим, що відповідає «ринковій вартості»; Застосовність: Навіть якщо це фундаментальне дослідження, воно все одно має бути спрямоване на можливість подання заявки та залучення фінансування – те, що професор Ягі сам безпосередньо робив з VNU-HCM; Людяність та ретельність: Суворий у своїй експертизі, але водночас добрий, близький та завжди готовий поділитися.

У 2022 році професор Омар М. Ягі був нагороджений премією VinFuture, але ще більше значення мають цінності, які він залишив після себе – від навчання молодого покоління вчених, створення Центрів передового досвіду (CoE) до поширення духу професійних досліджень та відданості знанням.

Доцент, доктор ФАН ТХАНЬ БІНЬ (колишній директор VNU-HCM)

Повернутися до теми

Доцент, доктор Нгуєн Тхань Вінь - Лілі Нгуєн

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