Нобелевская премия по химии: что такое металлоорганические сети и почему они могут стать ключом к решению проблемы изменения климата

Японский исследователь Сусуму Китагава спешил на встречу, которая должна была состояться в японском вечере, поэтому он смог ответить только на несколько вопросов журналистов, находившихся в зале Академии наук в Стокгольме. Китагава из Киотского университета только что получил Нобелевскую премию по химии вместе с Ричардом Робсоном (из Мельбурнского университета, Австралия) и Омаром Яги (из Калифорнийского университета в Беркли), но у него были дела. Тем не менее, он успел ответить на вопрос о том, что его больше всего интересует в его работе над металлоорганическими сетями, за которую они были удостоены награды: применение в экологических вопросах. «Моя мечта — улавливать воздух и разделять его, например, на углекислый газ, кислород, воду или что-то в этом роде, и превращать его в полезные материалы с помощью возобновляемой энергии», — сказал он сегодня в 7 утра по аргентинскому времени, через несколько минут после того, как, вероятно, получил самую важную новость в своей жизни. Лауреаты Нобелевской премии по химии 2025 года создали молекулярные структуры с широкими пространствами, через которые могут проходить газы и другие химические вещества. Эти сети, или металлоорганические структуры (MOF), могут использоваться для извлечения воды из воздуха в пустыне, улавливания углекислого газа, хранения токсичных газов или катализа химических реакций», — аргументировали свое решение шведские ученые. «Хотя фундаментальная научная часть премии представляет интерес — речь идет о пористых структурах с металлами и органическими молекулами, образующими кристаллы — сразу же бросается в глаза прежде всего ее применение в упомянутых областях экологии, а также возможное использование в фармакологии (они могут служить транспортерами лекарств внутри организма) или в качестве датчиков. Учитывая, что основной проблемой изменения климата является избыток углекислого газа в атмосфере, его улавливание и удаление из атмосферы, чтобы Земля не продолжала нагреваться, является технически возможным вариантом, по крайней мере, с теоретической точки зрения. «Уже есть технологические компании, например, в Великобритании, которые намерены сделать этот шаг к промышленному развитию. Это еще только начало, но потенциал огромный», — сказала LA NACION Мария Селесте Бернини, исследовательница Национального университета Сан-Луис в Институте химических технологий (Conicet). И не только там есть инвестиции, основанные на этой новой химии: журнал Nature сообщает, что в мае этого года в Канаде была открыта компания с инвестициями в 150 миллионов долларов для создания фильтров, которые будут улавливать 10 миллионов тонн углекислого газа и таким образом удалять его из атмосферы. Бернини работает с этими сетями уже 20 лет и является одним из местных специалистов в этой области с момента защиты докторской диссертации в 2005 году под руководством химика Гризельды Нарды (сегодня на пенсии). Тогда их еще не называли MOF (металл-органическими каркасами), а полимеризованными гибридными материалами. «Сначала изучали основы этих сетей, их структуру и поведение, но вскоре привлекло внимание то, что они могут иметь поры и вмещать много других вещей, и стали появляться применения», — добавил Бернини. Для Галора Солера Иллиа, старшего научного сотрудника Conicet и директора Института наносистем Университета Сан-Мартина (Unsam), это Нобелевская премия была предсказуема «из-за оригинальности и большого потенциала и уже существующих применений» этой технологии. «Лауреаты премии сумели потрясающе использовать очень простые химические инструменты, получив очень интересные, полезные и практически неограниченные результаты», — добавил Солер Илья, авторитет в области нанонаук в Аргентине. «Пористость этих структур позволяет газам распространяться внутри них, улавливать водород, отделять и фильтровать газы и даже помещать внутрь лекарства с биосовместимыми ионами; они открыли совершенно новый путь в химии. Кроме того, в начале 90-х годов их производство было дорогостоящим, но сейчас их можно приобрести по разумной цене», — сказал он и заключил, что замечательно, что Нобелевская премия по химии вновь присуждена в области материалов. Один из новых лауреатов Нобелевской премии, Омар Яги, родившийся в Иордании в 1965 году, получил почетную докторскую степень Университета Кордовы в феврале 2024 года. Дело в том, что Яги, сын палестинских беженцев (его отец был мясником, он уехал в США в 15 лет, не зная английского языка), помимо своей пионерской работы в лаборатории, посвятил себя инициативам по поддержке исследовательских групп в разных частях мира с помощью основанного им Global Science Institute. На мероприятии в Кордове Яги прочитал лекцию под названием «Ретикулярная химия как решение проблемы изменения климата», в которой он также упомянул об использовании искусственного интеллекта для усовершенствования разработок MOF (запись мероприятия и лекции Яги в Кордове доступна на YouTube). «ИИ является ключом к предсказанию того, какую комбинацию химических элементов использовать для каждой сети, и таким образом узнать, какие специфические свойства могут иметь некоторые из более чем 100 000 структур, которые уже существуют в базе данных Кембриджа, — рассказала Бернини, приглашенная для выступления в этом учреждении. Другой исследователь из Сан-Луиса, занимающийся этими сетями, Герман Гомес из Института химической технологии (Intequi, Университет Сан-Луиса), в прошлом году имел возможность поговорить с Яги о потенциале MOF не только для улавливания углекислого газа, но и для улавливания молекул воды в засушливых средах. Гомес занимается обнаружением определенных соединений с помощью флуоресценции, от агротоксиков до газов или загрязненных металлических ионов, которые MOF могут обнаруживать и улавливать. «Моя линия исследований связана с разработкой в лабораторных условиях устройства, которое будет закреплено на стекле или кремнии для использования в реальных условиях; если оно хорошо покажет себя в лаборатории, можно будет подумать о его масштабировании и массовом производстве», — рассказала она нашей газете. Другая аргентинская исследовательница, Мелина Арчидиаконо из Soft Matter Laboratory (принадлежащего Inifta del Conicet и Университету Ла-Платы), проснулась сегодня утром в Кампинасе, Бразилия, с новостью о Нобелевской премии, как раз когда она работала над новым устройством под названием синхротрон для измерения свойств определенного типа MOF для своей докторской диссертации под руководством Омара Аццарони, руководителя группы. «Моя цель — включить MOF в нанометрические тонкопленочные покрытия, которые имеют множество применений, изготавливаются из небольшого количества материала и являются селективными абсорбентами, то есть идеально подходят для обнаружения загрязняющих веществ и углеродных соединений», — рассказала она. «Нобелевская премия в нашей области — это отличная новость, которая показывает, что мы, аргентинские ученые, занимающиеся этими исследованиями, на правильном пути», — заключила 28-летняя ученый.