Три учёных получили Нобелевскую премию по химии за открытие революционного способа создания материалов с крошечными отверстиями. Эти материалы могут выполнять самые разные функции: от извлечения воды из воздуха в пустыне до улавливания углекислого газа, вызывающего парниковый эффект.
Металлические органические каркасы
Особенно вместительная молекулярная архитектура, называемая металлическими органическими каркасами (МОК), позволила учёным фильтровать «вечные химикаты» из воды, доставлять наркотики в организм и даже замедлять созревание фруктов.
Что нужно знать об открытиях
После того как Сусуму Китагава из Японии, Ричард Робсон, родившийся в Великобритании, и американо-иорданец Омар Яги получили долгожданную Нобелевскую премию, вот что вам нужно знать об их открытиях.
Профессор Дэвид Фэйрен-Хименес, изучающий металлические органические каркасы (МОК) в Кембриджском университете, представил себе ситуацию: вы включаете горячую воду для утреннего душа. Зеркало в вашей ванной запотевает, когда молекулы воды собираются на его плоской поверхности, но оно может поглотить только определённое количество воды.
Теперь представьте, что это зеркало сделано из материала, который чрезвычайно пористый — полон крошечных отверстий, и эти отверстия «размером с молекулу воды», — сказал Фэйрен-Хименес. Такой материал сможет удерживать гораздо больше воды (или других газов), чем это кажется возможным.
На церемонии вручения Нобелевской премии эту секретную способность хранения сравнили с волшебной сумкой Гермионы в «Гарри Поттере». Внутреннее пространство пары граммов определённого МОК «занимает площадь, равную футбольному полю», — говорится в заявлении Нобелевского комитета.
Росс Форан, профессор материаловедения в Университете Глазго, сказал AFP, что МОК можно представить как «материалы, полные отверстий». Они могут выглядеть как поваренная соль, но «внутри них невероятно большая ёмкость для хранения, потому что они полые — они впитывают другие молекулы, как губка».
История открытия
В 1980-х годах Робсон преподавал своим студентам в Мельбурнском университете в Австралии о молекулярных структурах, используя деревянные шарики, которые играли роль атомов, соединённых стержнями, представляющими химические связи. Однажды это вдохновило его попробовать соединить разные виды молекул. К 1989 году он разработал кристаллическую структуру, похожую на структуру алмаза, но с огромными отверстиями.
Французский исследователь Дэвид Фарруссенг сравнил структуру МОК с Эйфелевой башней. «Соединяя все железные балки — горизонтальные, вертикальные и диагональные, — мы видим, как появляются полости», — сказал он AFP. Однако структуры с отверстиями у Робсона были нестабильны, и потребовались годы, чтобы кто-нибудь понял, что с ними делать.
В 1997 году Китагава наконец показал, что МОК может поглощать и выделять метан и другие газы. Именно Яги ввёл термин «металлические органические каркасы» и продемонстрировал миру, сколько места может быть в материалах, изготовленных из них.
Поскольку эти каркасы можно собирать по-разному — чем-то похоже на игру в Лего — компании и лаборатории по всему миру тестируют их возможности. «Это область, которая вызывает невероятный энтузиазм и развивается чрезвычайно быстро», — сказал Тьерри Луазо из французского исследовательского центра CNRS.
Более 100 000 различных видов МОК уже зарегистрированы в научной литературе, согласно базе данных Кембриджского университета. «Каждый месяц появляется 500 новых МОК», — сказал Фэйрен-Хименес.
Фэйрен-Хименес и Форан согласились, что наибольшее влияние МОК окажут на мир в области улавливания углерода и доставки лекарств. Хотя усилия по улавливанию углекислого газа, вызывающего глобальное потепление, пока не оправдали возложенных на них надежд, Форан сказал, что они наконец-то доводят МОК до соответствия всем промышленным требованиям.
Канадский химический производитель BASF говорит, что это первая компания, которая производит сотни тонн МОК в год для улавливания углекислого газа. Дополнительное пространство для хранения также позволяет МОК доставлять молекулы, содержащие лекарства, в организм, и некоторые из них в настоящее время проходят клинические испытания.
Сам Яги продемонстрировал, что МОК могут собирать водяной пар из ночного воздуха в пустынном американском штате Аризона. Как только восходящее солнце нагрело материал, его команда собрала питьевую воду.
© 2025 AFP