2025 m. Susumu Kitagawa, Richardas Robsonas ir Omaras M. Yaghi buvo apdovanoti Nobelio chemijos premija už novatorišką darbą kuriant metalo-organinius karkasus (MOF).
Tai porėtų, kristalinių medžiagų klasė, sudaryta iš metalo jonų arba klasterių, kurie veikia kaip jungiamieji mazgai, ir organinių „jungiamųjų“ molekulių. Gautas karkasas turi dideles vidines poras arba „kambarius“, kuriuos galima pritaikyti konkrečioms reikmėms.
Pagrindinės MOF savybės ir pritaikymas:
Didelis poringumas ir didelis paviršiaus plotas: sudėtinga, pasikartojanti MOF tinklinė struktūra suteikia jiems išskirtinai didelį vidinį paviršiaus plotą. Vienas gramas MOF gali turėti vidinį paviršiaus plotą, kuris prilygsta futbolo aikštei. Dėl šios savybės jie idealiai tinka dujų saugojimui, atskyrimui ir katalizei.
Kontroliuojama struktūra: MOF struktūrą galima tiksliai sukurti keičiant metalo jonų ir organinių jungčių dydį, formą ir chemines savybes. Tai leidžia sukurti daugybę naujų karkasų, pritaikytų konkrečioms užduotims. Dujų surinkimas ir išleidimas: MOF gali būti sukurti taip, kad surinktų tokias dujas kaip anglies dioksidas iš pramoninių išmetamųjų teršalų, metanas transporto priemonių kurui arba vandenilis energijos kaupimui.
Vandens surinkimas: Kai kurie MOF gali sugerti vandenį iš oro, net dykumos sąlygomis, ir išleisti jį surinkimui.
Katalizė: Didelis MOF paviršiaus plotas ir reguliuojamos poros daro juos veiksmingais heterogeniniais katalizatoriais, skatinančiais įvairias chemines reakcijas.
Elektros laidumas: Reguliuojant jų komponentus, galima sukurti MOF, kurie praleidžia elektrą.
„Susumu Kitagawa, Richardas Robsonas ir Omaras M. Yaghi pelnė Nobelio chemijos premiją už naujos molekulinės architektūros formos, vadinamos metalo-organiniais karkasais, sukūrimą. Šie karkasai gali išgauti vandenį iš dykumos oro, surinkti anglies dioksidą, kaupti toksiškas dujas arba katalizuoti chemines reakcijas.
Šios struktūros, metalo jonai, sujungti anglies pagrindo jungtimis, turi dideles skyles, leidžiančias kitoms molekulėms tekėti į vidų ir iš jo, beveik kaip kambariai name. Jos gali surinkti ir išskirti dujas, vandenį ar kitas medžiagas. Pakeitus jų komponentų dydį ar formą, galima sukurti daugybę naujų karkasų, skirtų konkrečioms medžiagoms, reakcijoms ar elektros srovei praleisti.
„Įsivaizduokite, kad chemijos įrankiai galėtų būti panaudoti kuriant visiškai naujas medžiagas su negirdėtomis savybėmis“, – sakė Nobelio chemijos komiteto pirmininkas Heineris Linke. „Šių metų laureatai būtent tai ir pasiekė.“
Laureatų novatoriški atradimai padėjo chemikams sukurti dešimtis tūkstančių skirtingų metalo-organinių karkasų. Jų pritaikymo sritys apima vadinamųjų amžinųjų cheminių medžiagų atskyrimą nuo vandens, vaistų pėdsakų aplinkoje skaidymą, vaistų kūrimą ar anglies surinkimą.
Kitagawa dirba Japonijos Kioto universitete, Robsonas Melburno universitete ir Yaghi Kalifornijos universitete Berklyje. Grupė pasidalys 11 milijonų Švedijos kronų prizą, kuris atitinka maždaug 1,2 milijono JAV dolerių.
Idėja Robsonui kilo 1974 m., kai jis mokė studentus medinius rutuliukus paversti atomų modeliais. Tam reikėjo išgręžti skyles rutuliukuose, kad būtų galima pritvirtinti medinius strypus, skirtus cheminėms jungtims. Kadangi kiekvienas atomas jungtis sudarė specifiniu būdu, skylių išsidėstymas negalėjo būti atsitiktinis. Jei skylės buvo tinkamoje vietoje, medinės molekulės automatiškai turėjo teisingą struktūrą, suprato jis.
Tada Robsonas pagalvojo: ar jis galėtų naudoti tuos pačius principus, kad sujungtų skirtingas molekules, o ne pavienius atomus? Ar jis galėtų sukurti naujų tipų struktūras?
Praėjo daugiau nei dešimtmetis, kol jis išbandė šią idėją, naudodamas vario jonus ir organinius junginius, vadinamus nitrilais, kad sukurtų tvarkingus, erdvius kristalus. Apie naują struktūrą jis pranešė 1989 m.
„Aš tiesiog sumaišau dalykus ir gaunu junginius“, – Nobelprize.org sakė 88 metų Robsonas. „Ir jų daug.“ neveikia, todėl sušuk „ura“, kai jie veikia.“
Tyrimo metu Robsonas įtarė, kad šis metodas gali padėti gauti medžiagas su naujomis, potencialiai naudingomis savybėmis. Jis suprojektavo dar keletą struktūrų, tačiau jo nauji kūriniai buvo nestabilūs ir lengvai sugriuvo.
Vėliau atskirai įsikišo Kitagawa ir Yaghi.
Kitagawa pradėjo konstruoti savo porėtas struktūras Kindai universitete. Tačiau jo kūriniai buvo nestabilūs ir neturėjo tvirto tikslo. Daugelis jo finansavimo pasiūlymų buvo atmesti. Tačiau 1997 m. jo komanda sukūrė stabilią medžiagą, kuri galėjo absorbuoti ir išskirti metaną, azotą ir deguonį.
Tuo tarpu Yaghi dirbo Arizonos valstijos universitete. Savo darbe jis pradėjo derinti metalo jonus su organinėmis molekulėmis. Jam pavyko sukurti tokias stabilias struktūras, kad jos galėtų atlaikyti didelę karštį arba išlaikyti didžiulius dujų kiekius, paslėptus jų porose. Yaghi tyrimų grupė panaudojo šią technologiją vandeniui išgauti iš Kalifornijos dykumos.“ [1]
1. U.S. News: Nobel in Chemistry Awarded for Molecular Work. Abbott, Brianna; Vipers, Gareth; Landers, Peter. Wall Street Journal, Eastern edition; New York, N.Y.. 09 Oct 2025: A3.
Komentarų nėra:
Rašyti komentarą