Нобелова награда за химия за 2025 година е присъдена за откриването на „къща от молекули“

Днес Шведската кралска академия на науките обяви присъждането на Нобеловата награда за химия за 2025 година на Сусуму Китагава, Ричард Робсън и Омар М.Яги за техните открития в областта на металоорганичните рамки (MOF). Те са почти като къщи от молекули – изключително порести атомно-молекулни структури с много празно пространство вътре, което никога не е излишно.

Според CNN организаторите на наградата са сравнили откритието на металоорганичните рамки с чантата на Хърмаяни Грейнджър от поредицата романи за Хари Потър на Джей Кей Роулинг, върху която е било изписано заклинанието „Невидимо разширение“. Още първата MOF структура наподобява структурата на диамантената кристална решетка, само че в нея атомите са свързани не директно, а чрез органични молекули, които играят ролята на връзки между медните йони (такива връзки се наричат лиганди). Тази „сглобка“ изтласкала атомите далеч един от друг, образувайки огромни кухини между тях.

Откритието е направено от Ричард Робсън през 1989 година, когато той опитва нов начин за използване на присъщите на атомите свойства. Той комбинирал положително заредени медни йони с молекула с четири лъча, която имала химическа група в края на всеки „лъч“, която се привличала от медните йони. Когато йоните и молекулите се съединили, те образували подреден, просторен кристал. Той приличал на диамант, изпълнен с безброй кухини.

През 1997 година японският химик Сусуми Китагава от Киотския университет показа, че металоорганичните рамки могат да се използват за абсорбиране на газове. Той синтезира рамка на основата на кобалт, която използва като пример, за да демонстрира поглъщането на въглероден диоксид, азот и кислород. Досега химици от много страни са създали MOF, способни да абсорбират полезни и вредни вещества, както за съхранение, така и за извличане от околната среда, например когато става въпрос за абсорбиране на токсични вещества от водата, въздуха или земята.

От своя страна, рамките на Робсън и Китагава се оказват нестабилни и особено при нагряване. Това беше коригирано от третия лауреат, Омар Яги от Калифорнийския университет в Бъркли.

През 1995 година той синтезира рамка на основата на кобалт, която запазва структурата си при нагряване до 350°C. Това доказва, че металоорганичните рамки могат да останат стабилни дори без запълване на празните пространства с атоми или молекули.

На вълната на успеха Яги синтезира много рамки, включително MOF-5 на цинкова основа. Това съединение ученият използва за съхранение на водород. През 2019 година Яги провежда нагледен експеримент в пустинята Мохаве: създадената от него рамка MOF-303 е в състояние да абсорбира до 0,7 литра вода от въздуха на килограм от теглото си на ден.

„Металоорганичните рамкови структури имат огромен потенциал и откриват несъществуващи досега възможности за създаване на материали с нови функции.“

заяви Хайнер Линке, председател на Нобеловия комитет по химия

Някои от новите рамки биха могли да помогнат за решаването на някои от най-големите предизвикателства пред човечеството, включително абсорбиране на токсични вещества от водата, абсорбиране на следи от фармацевтични продукти в околната среда, улавяне на въглероден диоксид или събиране на вода от въздуха в пустинята.