Троє вчених створили новий тип молекулярних «будівельних блоків» — структур із порожнинами настільки великими, що крізь них можуть проходити гази та інші речовини.
Голова Нобелівського комітету з хімії Гайнер Лінке пояснив:
«Внутрішні порожнини цих структур — ніби кімнати в готелі: туди можуть входити “гості” — молекули, і потім так само легко виходити».
Завдяки їхнім відкриттям стало можливим створювати матеріали, здатні:
- відокремлювати токсичні речовини зі стічних вод;
- збирати молекули води навіть у пустелі.
Як розвивалася ця ідея
Початок дослідженням поклав професор Річард Робсон ще у 1980-х роках. Протягом наступних 15 років над ідеєю працювали багато науковців, доки її не вдалося довести до практичного втілення.
«Науковим відкриттям потрібно час, і часто — зусилля кількох дослідників із різними підходами», — зазначила президент Американського хімічного товариства Дороті Філліпс.
Троє лауреатів поділять між собою 11 мільйонів шведських крон (приблизно 1,17 млн доларів США).
У чому суть відкриття?
Вчені розробили новий тип молекулярних структур, де метали з’єднуються з органічними сполуками, утворюючи метал-органічні каркаси (MOF — Metal-Organic Frameworks).
У цих каркасах метали виступають вузлами, а органічні молекули — «містками» між ними. Усередині виникають великі порожнини, через які можуть проходити гази або рідини.
У 1989 році Робсон уперше поєднав іони міді з чотирифункціональними органічними молекулами — утворивши кристалоподібну структуру з великими порожнинами. Проте вона була нестійкою і швидко руйнувалася.
Подальші роботи Кітагави та Ягі (1992–2003 рр.) дозволили стабілізувати ці структури.
Лінке порівняв їх із чарівною сумкою Герміони з «Гаррі Поттера»: зовні маленька, а всередині — простора.
Навіщо це потрібно?
Метал-органічні каркаси — це тривимірні пористі матеріали, що діють як губка, здатна вбирати інші речовини.
Вони мають одну з найвищих пористостей серед усіх відомих твердих тіл.
Такі матеріали вже використовують:
- щоб уповільнити дозрівання фруктів, поглинаючи газ, який вони виділяють;
- щоб вловлювати токсичні гази під час виробництва мікрочипів;
- щоб збирати воду з повітря у посушливих регіонах;
- щоб поглинати вуглекислий газ і зменшувати викиди.
«Ми лише торкнулися поверхні можливостей цих матеріалів», — каже хімік Аманда Морріс із Технологічного університету Вірджинії.
Хто вони — нові лауреати Нобеля?
Річард Робсон — професор Мельбурнського університету (Австралія). Викладає з 1966 року. Зізнається, що новина про премію принесла й радощі, і турботи:
«Я вже старий, і впоратися з усім цим буде нелегко», — пожартував він.
Сусуму Кінагава — професор Кіотського університету (Японія), де й здобув докторський ступінь у 1979 році. Каже, що дізнався про премію, коли завершував роботу в аудиторії — і спершу навіть подумав, що це черговий телефонний спам.
Омар Ягі — професор Каліфорнійського університету в Берклі. Народився у родині палестинських біженців у Йорданії, навчався в США. Заснував стартап Atoco, що розробляє технології збору води та вловлювання вуглецю на основі метал-органічних каркасів.
«Наука — це найбільша сила, що зрівнює людей у світі. Розумні, талановиті, здібні люди є всюди», — сказав Ягі.
Підсумок
Метал-органічні каркаси — це справжня архітектура майбутнього.
Вони поєднують у собі витончену хімію та практичні можливості: від очищення повітря до збереження води.
Робота Кітагави, Робсона та Ягі показує, що сучасна хімія — це не лише реакції, а й творення нових матеріалів, здатних змінити світ.