Нобелівська премія з хімії 2025 року: Архітектори Молекулярних Просторів

Королівська шведська академія наук оголосила 8 жовтня 2025 року про присудження Нобелівської премії з хімії трьом видатним науковцям: Сусуму Китагаві, Річарду Робсону та Омару М. Ягі. Ця висока нагорода відзначила їхню революційну роботу у сфері розробки металоорганічних каркасів (MOF), що фактично започаткувало абсолютно новий напрямок у молекулярній архітектурі. Цей прорив відкрив безпрецедентні можливості для синтезу та конструювання пористих матеріалів, які демонструють унікальні фізико-хімічні характеристики. Загальна сума премії, що становить 11 мільйонів шведських крон, буде рівномірно розподілена між усіма трьома лауреатами.

Суть їхнього відкриття полягає у створенні кристалічних структур із порами, де іони металів виступають як вузлові елементи, з'єднані довгими органічними молекулами. В результаті такої побудови утворюються матеріали з колосальними внутрішніми порожнинами, які дозволяють газам та іншим хімічним сполукам вільно циркулювати. Ці конструкції, по суті, є високоорганізованими молекулярними будівлями зі спеціально спроектованими великими просторами. Така архітектура дає змогу контролювати властивості матеріалів на рівні окремих молекул, що робить їх незамінними у широкому спектрі наукових та технічних застосувань. Голова Нобелівського комітету з хімії, Хайнер Лінке, влучно порівняв ці структури з чарівною сумочкою Герміони з «Гаррі Поттера» — маленькою ззовні, але надзвичайно місткою всередині.

Шлях до цього знакового відкриття був поступовим і багатоетапним. Концептуальні основи були закладені ще у 1989 році Річардом Робсоном з Мельбурнського університету, коли він поєднав іони міді з органічними молекулами, створивши просторий, хоча й не дуже стійкий кристал. Пізніше, між 1992 та 2003 роками, Сусуму Китагава з Кіотського університету продемонстрував гнучкість MOF та їхню здатність ефективно пропускати гази, що значно розширило перспективи їхнього практичного використання. Наступним кроком стало укріплення цієї галузі Омаром М. Ягі з Каліфорнійського університету в Берклі, який розробив надзвичайно стабільні структури та ввів термін «ретикулярна хімія» для опису модульного підходу до їхнього проєктування. Важливим етапом стала демонстрація Ягі у 1999 році матеріалу MOF-5 — структури з надвисокою пористістю, здатної витримувати температури до 300°C без деградації, що перетворило її на ключову платформенну технологію. Завдяки їхній сукупній праці хіміки змогли розробити десятки тисяч різновидів MOF.

Потенціал, який відкривають MOF, є колосальним і цілком відповідає завітам Альфреда Нобеля щодо принесення людству найбільшої користі. Ці матеріали вже активно впроваджуються у практику: вони використовуються для вилучення води з пустельного повітря, для уловлювання вуглекислого газу — що є критично важливим для досягнення кліматичних цілей, а також для очищення води від забруднювачів, включаючи складне розділення ПФАС. У сфері біомедицини вони застосовуються для систем цільової доставки медикаментів. Крім того, MOF успішно задіюються у каталізі хімічних процесів, зберіганні та транспортуванні водню, а також у розробці високочутливих сенсорів для виявлення токсичних речовин. На сьогодні сегмент зберігання газів є домінуючим на ринку, займаючи близько 40% у 2025 році, що підкреслює їхню незамінну роль у забезпеченні енергетичної безпеки, зокрема, у контексті зберігання водню.

Ринок металоорганічних каркасів демонструє вражаючу динаміку зростання. Його обсяг у 2024 році становив приблизно 0,51 мільярда доларів США, а прогнозується, що до 2030 року він досягне 1,70 мільярда доларів США, демонструючи середньорічний темп зростання на рівні 22,1%. Станом на 2025 рік цинк-основані MOF утримують значну частку ринку, а саме близько 27,8%, завдяки своїй винятковій універсальності. Таке стрімке зростання стимулюється як підвищеним попитом на екологічні технології, так і розвитком нових промислових застосувань цих каркасних структур.

Професор Робсон, незважаючи на отримання найвищої світової відзнаки, вже наступного дня після оголошення повернувся до викладання, проводячи лекцію для студентів першого курсу. Це слугує яскравим нагадуванням про нерозривний зв'язок між фундаментальними науковими пошуками та обов'язком передачі знань наступним поколінням. Ці досягнення у галузі матеріалознавства відкривають перед хіміками та інженерами нові обрії для створення матеріалів із точно заданими характеристиками. Комплексна праця цих трьох науковців не лише просунула хімічну науку вперед, але й надихає нове покоління дослідників на міждисциплінарні інновації, що є справжньою окрасою науки.