Об исследованиях металл-органических каркасных структур рассказали учёные Южного федерального университета.
Нобелевскую премию по химии 2025 года присудили трём учёным: Сусуму Китагаве, Ричарду Робсону и Омару Ягхи за работы по металл-органическим каркасным структурам (международный термин MOF) – уникальному классу химических соединений, уже показавшим свою перспективность для целого ряда практически важных применений. За относительно короткий период со своего открытия в мире созданы уже десятки тысяч различных материалов на основе металл-органических каркасов.
Благодаря модульному строению существует широкое многообразие видов МОК с различными активными металлическими центрами и связывающими органическими молекулами. Эти соединения представляют собой новую ступень развития пористых материалов, размер пор в которых и структуру активного центра можно контролируемо изменять в широких пределах. Эти материалы обладают ярко выраженной кристаллической структурой, что позволяет устанавливать чёткую взаимосвязь между их строением и свойствами.
«В составе металл-органических каркасных структур можно выделить две составляющие: кластеры металлов и органические молекулы, соединяющие их друг с другом и образующие периодические пористые структуры. Различные сочетания этих двух структурных элементов и позволяет получать огромное число металл-органических каркасных структур, то есть данный тип материалов можно рассматривать как своего рода химический «ЛЕГО», – отметил к.ф.-м.н, доцент Международного исследовательского института интеллектуальных материалов ЮФУ Михаил Солдатов.
Михаил Солдатов. Фото: Центр общественных коммуникаций ЮФУ.
Работы по данному направлению ведутся в Южном федеральном университете уже более 10 лет. Исследования охватывают как разработку технологий синтеза новых материалов на основе MOF, так и диагностику их наноразмерной структуры с использованием инфраструктуры мега-класса — источников синхротронного излучения. За это время выполнено несколько крупных научно-технологических проектов, включая мега-грант по Постановлению Правительства РФ № 220 и проекты в рамках Научно-образовательного центра мирового уровня Юга России.
«Присуждение Нобелевской премии за открытие MOF – абсолютно закономерное и заслуженное событие для научного сообщества. Мы ещё во время работы по мегагранту, около десяти лет назад, обсуждали высокие шансы именно этой работы, в частности, прогнозировали, что доктор Омар Ягхи непременно получит высшую научную награду. Важно отметить, что наши исследования MOF в ЮФУ с самого начала шли в русле мировой науки: наш выход на этот перспективный класс материалов, в том числе, состоялся благодаря научному сотрудничеству с профессором университета Турина (Италия) и почетным доктором ЮФУ Карло Ламберти. Сегодня наш собственный научный задел, сформированный в рамках мегагранта и проекта РНФ по адресной доставке лекарств, позволяет нам уверенно вести новые международные проекты», — комментирует Михаил Солдатов.
О высоком авторитете ЮФУ в этой области свидетельствует и тот факт, что подготовленный сотрудниками Международного исследовательского института интеллектуальных материалов ЮФУ обзор «Металл-органические каркасные структуры: строение, свойства, методы синтеза и анализа» о состоянии исследований в этой области, опубликованный в журнале «Успехи химии» в 2016 году, уже много лет является самой цитируемой статьей в международной версии этого издания, а именно насчитывает более 629 цитирований на сегодняшний день.
«Металлоорганические каркасные структуры являются напористыми материалами с рекордно большой площадью активной поверхности, которая доходит до 10 000 квадратных метров у 1 г вещества. Поэтому данные материалы активно используются, например, как трехмерные матрицы для размещения нанокатализаторов, а также для хранения газов, позволяя в том же объеме бака хранить в полтора раза больше метана и, соответственно, автомобиль с таким баком проедет в полтора раза больше расстояние», - добавил Михаил Солдатов.
В рамках развития этого передового направления в ЮФУ сформировалась сильная научная школа и подготовлены кадры высшей квалификации международного уровня. Среди них — кандидаты наук: к.х.н., инженер Владимир Поляков; инженер-исследователь Анна Пневская; к.ф.-м.н., заведующий международной лабораторией новых образовательных технологий Илья Панкин; Кирилл Ломаченко; Елизавета Козырь; Анна Скорынина. Высокий уровень исследований также подтверждают подготовленные доктора наук: Вера Бутова, Арам Бугаев и Александр Гуда.
Работы по данному направлению ведутся в вузе, в том числе, в рамках федеральной программы Минобрнауки РФ «Приоритет-2030» (нацпроект «Молодежь и дети») в рамках стратегического проекта ЮФУ «Технологии ускоренной разработки и трансфера стратегически важных материалов в микро- и малотоннажное производство». Это позволяет университету не только оставаться на острие мировой науки, но и напрямую решать задачи национального уровня, превращая фундаментальные открытия в технологии будущего.