Šių metų Nobelio chemijos premijos laureatai buvo pagerbti už Metalų-organinių karkasų (MOK) atradimą. Šios unikalios, porėtos medžiagos atvėrė naujas galimybes ne tik chemijos, bet ir fizikos srityse. Vilniaus universiteto (VU) Fizikos fakulteto (FF) profesorius Mantas Šimėnas, tyrinėjantis šias struktūras daugiau nei dešimtmetį, teigia, kad Nobelis šioje srityje buvo tik laiko klausimas.
„Nobelio buvo galima tikėtis – tai didelė sritis ne tik chemijoje, bet ir fizikoje. Būtent fizikai padeda suprasti, kaip šios medžiagos veikia“, – sako prof. M. Šimėnas, kurio vykdomam EPR metodikos tobulinimui pernai Europos mokslų taryba (ERC) skyrė solidų 2,5 mln. eurų finansavimą.
Kas yra MOK ir kodėl jie svarbūs?
MOK – tai hibridinės medžiagos, sudarytos iš metalų centrų ir organinių jungiklių (linkerių), kurios formuoja sudėtingas ir itin porėtas struktūras. Šios savybės leidžia MOK pritaikyti:
- Efektyviam dujų pagavimui ir saugojimui (ypač aktuali tvarios energetikos kontekste).
- Katalizės procesams.
- Kvantinių prietaisų kūrimui.
Prof. M. Šimėnas pabrėžia, kad MOK dažnai vadinami „Hermionos rankinuku“ dėl savo gebėjimo saugoti didelį kiekį dujų itin mažoje erdvėje. Daugiau apie šių medžiagų pritaikymą galite skaityti straipsnyje MOF karkasai: chemijos Nobelio premija už „Hermionos rankinuką“.
Ankstyvas bendradarbiavimas su Nobelio laureatu
Šiemet Nobelio chemijos premija įvertino MOK srities pradininkus: Susumu Kitagawa (Japonija), Omarą Yaghi (JAV) ir Richardą Robsoną (Australija). Įdomu tai, kad vienas iš jų, prof. S. Kitagawa, yra prof. M. Šimėno mokslinių publikacijų bendraautoris.
Bendradarbiavimas užsimezgė prieš dešimtmetį, kai M. Šimėnas, tuomet dar doktorantas, konferencijoje Havajuose susitiko su S. Kitagawos grupės tyrėju. Paaiškėjo, kad japonų mokslininkų sukurta MOK sistema idealiai tinka VU fizikų magnetizmo tyrimams.
„Paprašiau bandinių – jie juos susintetino ir atsiuntė, o mes ištyrėme. Kartu parengėme straipsnį apie tai, kaip vadinamosios „svečios“ molekulės, patekusios į MOK poras, pakeičia medžiagos magnetines savybes“, – prisimena fizikas.
Šis bendras straipsnis buvo publikuotas prestižiniame žurnale „The Journal of Physical Chemistry“. Prof. M. Šimėnas teigia, kad jam buvo didelė garbė dirbti su tokio masto mokslininku: „Jei tada kas būtų paklausęs, ar jis kada nors gaus Nobelį, būčiau nedvejodamas atsakęs – taip.“
Fizika paaiškina chemiją
Nors MOK sintezė yra chemijos laimėjimas, būtent fizikai gilinasi į jų veikimo principus. VU FF mokslininkai tyrinėja medžiagos savybes, o ne pačią sintezę – kaip MOK reaguoja į aplinką ir keičia savo elektrines ar magnetines charakteristikas. Šis tyrimas aprašytas detaliau mūsų portale: Fizika paaiškina chemiją: VU prof. M. Šimėnas apie Nobelio vertus MOK.
Norėdami suprasti procesus medžiagos viduje (pavyzdžiui, kaip dujų molekulės prisitvirtina prie metalų centrų), tyrėjai taiko du pagrindinius, vienas kitą papildančius metodus:
- Elektronų paramagnetinio rezonanso (EPR) spektroskopija: Leidžia detaliai tirti itin mažas magnetines jėgas.
- Dielektrinė spektroskopija: Nagrinėja medžiagos elektrines savybes.
Dažniausiai užduodami klausimai
Kokia yra Vilniaus universiteto (VU) fiziko prof. M. Šimėno sąsaja su šių metų Nobelio chemijos premija?
Prof. Mantas Šimėnas yra bendraautoris mokslinės publikacijos su vienu iš šiemet Nobelio chemijos premija įvertintų tyrėjų – prof. Susumu Kitagawa. Nobelio premija skirta už Metalų-organinių karkasų (MOK) atradimą, o prof. M. Šimėnas jau daugiau nei dešimtmetį sėkmingai tyrinėja šias struktūras VU Fizikos fakultete. Ši tarptautinė publikacija patvirtina aukštą Lietuvos mokslininkų darbo lygį pasauliniame kontekste.
Kas yra MOK (Metalų-organiniai karkasai) ir kodėl šis atradimas toks svarbus ateities technologijoms?
MOK yra hibridinės, itin porėtos medžiagos, sudarytos iš metalų centrų ir organinių jungčių. Jos tapo viena sparčiausiai besivystančių medžiagų mokslo krypčių, nes dėl savo struktūros gali veikti kaip ‘molekulinės kempinės’. MOK atveria kelią efektyvesniam dujų (pavyzdžiui, CO2) pagavimui ir saugojimui, o tai kritiškai svarbu kovojant su klimato kaita. Taip pat jos gali būti naudojamos katalizėje, vaistų pristatyme ir net kvantiniuose prietaisuose.
Ką VU profesoriaus laimėtas 2,5 mln. eurų ERC finansavimas reiškia Lietuvos mokslui?
Europos mokslų tarybos (ERC) skiriamas finansavimas yra vienas prestižiškiausių įvertinimų Europoje, liudijantis apie mokslinio projekto novatoriškumą ir didelį potencialą. Prof. M. Šimėnui skirti 2,5 mln. eurų bus panaudoti EPR metodikos tobulinimui, taikomam ir MOK tyrimuose. Tokios didelės dotacijos į Lietuvą atneša ne tik finansus, bet ir leidžia išlaikyti šalį medžiagų mokslo srities viršūnėje, pritraukti tarptautinius talentus ir skatinti aukščiausios kokybės fundamentinius tyrimus.
Kaip vyksta tarptautinis mokslinis bendradarbiavimas su Nobelio laureato komanda?
Prof. M. Šimėnas su prof. S. Kitagawos komanda bendradarbiavimą pradėjo prieš dešimtmetį, susitikęs su jų tyrėju konferencijoje. Po diskusijų gimė idėja ištirti jų sukurtus MOK bandinius, siekiant nustatyti, kaip į poras patekusios molekulės keičia medžiagos magnetines savybes. Šis pavyzdys iliustruoja, kad sėkmė moksle priklauso nuo atvirumo naujoms idėjoms, bendravimo ir gebėjimo pritaikyti savo tyrimo metodus netikėtose, bet perspektyviose srityse.
Komentarai