Нобел за химия: Да уловиш вода от пустинния въздух

Илюстрация Niklas Elmehed й Nobel Prize Outreach

Разработването на първите металоорганични рамки (MOF) и демонстрирането на техния потенциал донесе тазгодишната Нобелова премия по химия на трима изследователи – Сусуму Китагава (1951, Киото, Япония), Ричард Робсън (1937, Глъсбърн, Великобритания) и Омар М. Яги (1965, Аман, Йордания). Тримата ще получат равни част от наградата от 11 000 000 шведски крони (малко над 1 001 000 евро).

От Кралската шведска академия на науките отбелязват, че

лауреатите разработват нов тип молекулярна архитектура.

А създадените от тях металоорганични рамки съдържат големи пространства, в които газове и други химикали могат да влизат и излизат. Така те предоставят на химиците нови възможности за решаване на някои от предизвикателствата, пред които сме изправени. Създадените структури могат да се използват за извличането на вода от пустинния въздух, пречистването на водата от замърсители, разграждане на следи от фармацевтични продукти в околната среда, улавяне на въглероден диоксид, съхранение на водород или катализиране на химични реакции.

„Металоорганичните структури имат огромен потенциал, като носят непредвидени досега възможности за персонализирани материали с нови функции“, коментира председателят на Нобеловия комитет по химия Хайнер Линке.

В създадените от лауреатите конструкции металните йони функционират като крайъгълни камъни, свързани с дълги органични молекули на въглеродна основа. По този начин се образуват порести материали, наречени металоорганични рамки (MOF).

Историята на откритието започва с експериментите на Ричард Робсън в Университета в Мелбърн, Австралия.

Вдъхновен от структурата на диаманта, той комбинира медни йони и молекула тетрацианотетрафенилметан, която има четири рамена, всяко с нитрил в края. Това е химично съединение, което се привлича от медни йони. Когато веществата се комбинират, те образуват подреден и много просторен кристал, който обаче има огромен брой големи кухини. През 1989 г. Робсън представя своето иновативно химическо творение в списанието на Американското химическо дружество.

Той продължава с експериментите си, като показва, че рационалният дизайн може да се използва за изграждане на кристали с просторни вътрешности, оптимизирани за специфични химикали. Първоначално получените конструкции са нестабилни, но между 1992 и 2003 г. Китагава и Яги правят отделно един от друг серия от революционни открития. Японският учен показва, че газовете могат да влизат и излизат от конструкциите, и предсказва, че могат да се създадат гъвкави метални структури (MOF). Омар Яги пък създава много стабилна MOF и показва, че тя може да бъде модифицирана чрез рационален дизайн, като ѝ се придадат желани нови свойства.

След откритията си химиците създават десетки хиляди различни MOF с различно приложение –

от улавяне и съхранение на специфични вещества до задвижване на химични реакции или провеждане на електричество. Някои изследователи смятат, че металоорганичните структури имат толкова огромен потенциал, че ще бъдат материалът на XXI век.

Сусуму Китагава е доктор от Университета в Киото, Япония (1979), където понастоящем е професор.

Ричард Робсън става доктор през 1962 г. в Оксфордския университет. Професор е в Университета в Мелбърн, Австралия.

Омар М. Яги защитава докторантура през 1990 г. в Университета на Илинойс Урбана-Шампейн, САЩ, а в момента е професор в Калифорнийския университет – Бъркли, САЩ.