В 2025-м Нобелевскую премию по химии получили Сусуму Китагава (Киотский университет), Ричард Робсон (Университет Мельбурна) и Омар Яги (Калифорнийский университет в Беркли) - "за разработку металло-органических каркасов (MOFs)"
Звучит вроде как понятно (в отличие от физики), но на самом деле - тоже не очень (для меня). Полез читать
Речь о пористых кристаллических материалах из металлических узлов и органических "линкеров" с огроооомной внутренней поверхностью и настраиваемыми порами. Эти самые линкеры задают расстояния между узлами, форму и размер пор, а также "химию" стенок - от этого зависят селективность захвата молекул и стабильность материала
Эти структуры позволяют избирательно захватывать молекулы и уже применяются/рассматриваются для улавливания углекислого газа, хранения водорода и метана, извлечения воды из сухого воздуха, очистки воды от токсинов и как носители/катализаторы в химии и медицине
Исторически Робсон заложил каркасный подход к таким кристаллам, Китагава показал стабильные пористые структуры и хранение газов, а Яги разработал конструкторские методы сборки и довёл материалы до рекордной пористости и селективности
Эти MOF - кристаллы, где углы построены из ионов металлов, а между ними - органические перемычки, как я понимаю. Внутри такого конструктора остаются полости и каналы, как в губке: молекулы могут свободно входить и выходить, а поверхность, скрытая внутри крошечного кристалла, на самом деле колоссальна
MOF-материалы дали химикам управляемое "нановнутреннее пространство": размер пор, химию стенок и саму форму каркаса можно подбирать под задачу - от захвата конкретного газа до ускорения нужной реакции
За три десятилетия появились десятки тысяч вариантов MOF, а сама идея модульной сборки (ретикулярная химия) стала новым языком проектирования вещества. На практике уже показана селективная сорбция углекислого газа и других молекул, каталитические процессы и даже проводимость в некоторых каркасах, если верить Nature
В конце 1980-х Робсон задал архитектуру каркасных координационных кристаллов - сеток, похожих на алмазную решётку, но первые структуры были непрочными
Китагава вывел полевые правила стабильности пористых координационных полимеров и показал реальные функции - например, обратимое хранение газов
Яги превратил идею в инженерный метод: стал собирать каркасы как из лего, с рекордной удельной площадью и строгой геометрией, а затем довёл их до прикладных устройств (включая извлечение воды из сухого воздуха). В сумме это и создало новую архитектуру вещества, за которую и присуждена премия
Речь идёт не только про улавливание углекислого газа из дыма и воздуха, но также про разделение газовых смесей, безопасное удержание токсичных веществ. Некоторые MOF уже используются/тестируются на линиях тонкой химии и в производстве электроники
Пишут про обратимое хранение водорода/метана при более мягких условиях, чем в классических сорбентах, что сильно упрощает логистику зелёных газов
Устройства на MOF уже извлекают питьевую воду из пустынного воздуха на солнечном свете. Они также демонстрируют удаление вечных химикатов (PFAS) и лекарственных загрязнителей из воды
Главные инженерные вызовы - масштабирование синтеза, долговечность при тысячах циклов поглощения-высвобождения, устойчивость к влаге/кислотам и стоимость грамма материала (очень дорого пока). Сам подход - проектировать кристалл под молекулу - уже меняет экологические техпроцессы, хранение энергии и водообеспечение
Следующий шаг - подбор MOF с помощью ИИ и высокопроизводительного скрининга под узкие задачи конкретных производств (это вывод из текущих трендов, как будет на самом деле - хз)
Обращает внимание чёткая практическая ориентированность разработок лауреатов в последние годы