Японецът Сусуму Китагава, британецът Ричард Робсън и йорданецът Омар Яги си поделят тазгодишната Нобелова награда за химия, съобщава сайтът Nobelprize.org.

Кралската шведска академия на науките отличи тримата изследователи за „разработването на метало-органични рамки“ (Metal-Organic Frameworks, MOF) – нова форма на молекулярна архитектура, която съдържа пространства за химични реакции и предлага безпрецедентни възможности за съхранение и преобразуване на вещества.

Какво представляват метало-органичните рамки (MOF)

Създадените от Китагава, Робсън и Яги метало-органични рамки са молекулярни конструкции с големи порести пространства, през които могат да преминават газове и други химични вещества.

Тези интелигентни материали могат да се използват за:

  • събиране на вода от пустинния въздух,

  • улавяне на въглероден диоксид,

  • съхранение на токсични газове,

  • катализиране на химични реакции.

Метало-органичните рамки са изградени от метални йони, които действат като крайъгълни камъни, свързани с органични (въглеродни) молекули. В резултат се образуват кристални структури с големи кухини, които могат да бъдат персонализирани според конкретните нужди на химическите процеси.

Гъвкавост и приложения на MOF материалите

Тези порести материали са забележителни с това, че чрез промяна на градивните елементи химиците могат да ги адаптират да улавят и съхраняват специфични вещества. Освен това някои MOF могат да:

  • предизвикват химични реакции,

  • провеждат електричество,

  • действат като филтри или катализатори.

„Метало-органичните рамки имат огромен потенциал, предоставяйки досега непредвидени възможности за изработване на персонализирани материали с нови функции“, подчертава Хайнер Линке, председател на Нобеловия комитет по химия.

Началото: експериментът на Ричард Робсън през 1989 г.

Всичко започва през 1989 г., когато Ричард Робсън експериментира с идеята да използва естествените свойства на атомите по нов начин. Той комбинира положително заредени медни йони с четирираменна органична молекула, което води до образуването на добре подреден порест кристал – структура, наподобяваща диамант с множество кухини.

Робсън веднага осъзнава потенциала на своята молекулярна конструкция, но материалът е нестабилен и лесно се разпада. Това предизвиква интереса на други изследователи, които по-късно успяват да изградят стабилна основа върху неговия метод.

Пробивите на Сусуму Китагава и Омар Яги

Между 1992 и 2003 г. Сусуму Китагава и Омар Яги независимо един от друг правят поредица от революционни открития, които превръщат метало-органичните рамки в реално приложим материал.

Китагава показва, че газовете могат да влизат и излизат от тези конструкции и предсказва, че металните рамки могат да бъдат гъвкави, като променят формата си според външните условия.

Омар Яги от своя страна създава изключително стабилна структура и демонстрира, че тя може да бъде модифицирана чрез рационален дизайн, за да придобива нови и желани свойства.

От научна теория до реални приложения

След пионерските открития на Китагава, Робсън и Яги, учените по света създават десетки хиляди различни MOF материали, всеки с уникални свойства. Днес те имат ключови приложения в области като:

  • екологията – при отстраняването на „вечните химикали“ (PFAS) от водата;

  • фармацевтиката – за разграждане на следи от лекарствени вещества в природата;

  • енергетиката – за улавяне на въглероден диоксид и намаляване на емисиите;

  • климатичните технологии – за събиране на вода от сух въздух в пустинни райони.

 Науката на бъдещето: персонализирани материали за глобални предизвикателства

Метало-органичните рамки (MOF) се смятат за един от най-многообещаващите класове материали на XXI век. Те могат да бъдат програмирани на молекулярно ниво, за да изпълняват конкретни задачи – от очистване на околната среда до съхранение на енергия.

С откритията на Китагава, Робсън и Яги, химията навлиза в нова ера, където архитектурата на атомите може да бъде проектирана така, че да решава реални екологични и технологични проблеми.