Революционные открытия в химии: от двумерных материалов до «умных» сорбентов
В последние годы химия переживает бурное развитие, с каждым годом появляются все более амбициозные и перспективные технологии. Открытия не только продвигают фундаментальные науки, но и открывают путь к новым практическим применениям в промышленности и экологии. В 2025 году химия делает важный шаг к решению глобальных проблем, таких как очистка воды и переработка радиационных отходов.
Дмитрий Перекалин доктор химических наук, заведующий лабораторией в ИНЭОС РАН
В науке редко можно выделить одно важное событие за год. Во-первых, потому, что наука — это процесс, а во-вторых, потому что значение событий становится понятно через некоторое время.
В качестве наиболее заметного процесса я бы отметил продолжающийся последние три года бум развития реакций «редактирования скелета» органических молекул. Очевидно, что этот подход дал новую пищу для фантазии химиков и оказался очень плодотворным для создания новых методов получения сложных молекул, которые востребованы в биохимии и медицине. В качестве отдельных примеров я могу упомянуть две работы:
Во-первых, перестановка атомов углерода в непредельных кетонах опубликованная группой Эрика Ромера из США опубликованная в декабре 2025 года. С точки зрения классической химии это совершенно невозможная реакция и тем не менее ее удалось провести, причем довольно простыми методами, которые теперь могут использовать и другие исследователи.
Во-вторых, хочется порадоваться за российских коллег под руководством Андрея Михайлова, которые не только открыли новую реакцию редактирования скелета, но и использовали ее для синтеза в лабораторных условиях природного гербицида Гелианнуол.
Дмитрий Цымбаренко кандидат химических наук, старший научный сотрудник кафедры неорганической химии Химического факультета МГУ
В этом году Нобелевскую премию по химии присудили за открытие пористых металлорганических координационных полимеров. Эта область активно развивается последние 30 лет: ежегодно по всему миру публикуется более десяти тысяч научных статей, и мы тоже работаем в этом направлении. Долгое время казалось удивительным, что такое знаковое открытие остается без внимания Нобелевского комитета.
В последние годы премии часто вручали за исследования на стыке с биологией — например, награда 2024 года была посвящена предсказанию структуры белков. Однако в 2025 году премия была присуждена за «чисто химическое» открытие, обладающее колоссальным потенциалом в самых разных сферах. Это признание важно как для научного сообщества, так и для будущего всей индустрии материалов.
Металлорганические координационные полимеры (или metal-organic frameworks, MOFs) — это каркасные структуры, в которых ионы металлов и органические молекулы образуют прочные сетки различной топологии. Мы можем комбинировать различные металл-содержащие блоки и органические «соединители» (линкеры), собирая, словно из конструктора, структуру с заданными свойствами под конкретную задачу. Благодаря такому подходу созданы материалы с огромной внутренней площадью — тысячи квадратных метров на один грамм вещества. Они способны извлекать воду из сухого воздуха пустынь, безопасно хранить горючие газы и обнаруживать единичные молекулы токсичных веществ.
Роман Васильев доктор химических наук, профессор кафедры наноматериалов факультета наук о материалах МГУ им. М.В. Ломоносова, заведующий лабораторией физики полупроводниковых и сенсорных материалов
Область моих интересов связана с двумерными материалами (толщиной в один или несколько атомов). Это направление продолжает бурно развиваться, и я отмечу две работы по получению двумерных материалов.
В первой из них, опубликованной в выпуске Nature за март 2025 года, исследователи реализовали двумерный металл. До этого момента, как правило, были синтезированы примеры двумерных материалов, полученных из слоистых соединений с ковалентной связью. Классические металлы принципиально имеют неслоистую структуру, что обусловлено металлическим типом связи. Теперь авторы, зажимая и спрессовывая каплю некоторых металлов (например индия, олова или висмута) между двумя монослоями дисульфида молибдена (очень известный представитель двумерных материалов из слоистых соединений), получили металл ангстремной толщиной всего две атомные плоскости металла.
Такие двумерные металлы продемонстрировали превосходные физические свойства, например, улучшенную электрическую проводимость. Открытие дает блестящие перспективы для широкого спектра квантовых, электронных и фотонных устройств будущего.
Другой пример нового двумерного материала, статья о котором опубликована в октябрьском выпуске Science, — двумерный оксид бора. Объемный оксид бора, бесцветное стекловидное вещество, являющееся кислотным оксидом, широко используется в производстве стекол, керамики, эмалей, а также как реагент в химической промышленности. Это безводная форма борной кислоты, продающейся в аптеках, и хорошо известной из школьного курса химии.
Авторы показали, что двумерный кристаллический полиморф оксида бора может расти на платиновой поверхности при осаждении элементов бора и кислорода из газовой фазы. Сканирующая туннельная микроскопия выявила, что монослой двумерного оксида бора имеет сотовую структуру с высокой степенью кристалличности, в отличие от объемного аналога, являющегося стеклом. Этот пример носит скорее фундаментальную направленность, хотя не исключено появление практических приложений, например в катализе.
Евгений Папынов директор инжинирингового центра
«
Материалы и технологии Мирового океана и Арктики» ДВФУ, заведующий лабораторией ядерных технологий
В 2025 году могу выделить исследовательский прорыв в области новых материалов для энергетики — созданы накопители энергии нового типа: твердотельные батареи со стабилизированным интерфейсом за счет нанесения покрытия из дисульфида молибдена (публикация).
Технология в масштабной реализации способна привести к созданию аккумуляторных устройств нового поколения с:
повышенной энергетической плотностью (за счет использования литий-металлического анода). беспрецедентной безопасностью (отсутствие горючего жидкого электролита). длительным сроком службы, что критически важно для экономики жизненного цикла продуктов; быстрой кинетикой заряда благодаря стабильности интерфейса при высоких плотностях тока.
Суть достижения заключается в разработке и экспериментальном подтверждении эффективности ультратонкого слоя на основе дисульфида молибдена (MoS2) для стабилизации границы раздела «электрод-твердый электролит» в литий-металлических твердотельных батареях. Применение покрытия позволило увеличить количество стабильных циклов заряда-разряда опытных элементов в семь раз, что представляет качественный скачок в решении ключевой проблемы деградации батарей.
Работа представляет собой выдающийся пример успешного применения принципов интерфейсной инженерии для управления сложными электрохимическими процессами.
Полученный результат напрямую снимает главное «узкое место» на пути коммерциализации твердотельных батарей — их недостаточный срок службы.
Увеличение циклов зарядки до конкурентоспособности с современными литий-ионными батареями, снимает ключевое препятствие для инвестиций и масштабирования производства. Это ускоряет переход от лабораторных образцов к индустриальным прототипам.
Эдуард Токарь кандидат химических наук, заведующий научно-исследовательской лаборатории радиоэкологического мониторинга и охраны арктических экосистем СахГУ
Получен и продемонстрирован первый «интеллектуальный» сорбционный композит на основе гибридного металло-органического каркаса (MOF) с функционализированными наночастицами, способного к автономной адаптации и селективному извлечению целевых радионуклидов из многокомпонентных растворов.
Международной группой ученых из США (Национальная лаборатория в Беркли), Германии (Институт коллоидов и поверхностей им. Макса Планка) и Японии (Университет Киото) был создан материал, который не просто пассивно поглощает ионы. Используя встроенные химические «сенсоры» на основе редкоземельных элементов и динамические лиганды (атом, ион или молекула, связанные с другим атомом), материал может менять конфигурацию пор и химическую активность в ответ на изменение состава раствора (pH, ионная сила, наличие конкурентных ионов), оптимально «подстраиваясь» для извлечения, например, цезия-137 или урана. После насыщения материал сигнализирует об этом флуоресценцией (светом).
Это переход от статических сорбентов к динамическим, адаптивным системам, что является принципиально новым направлением в материаловедении. Решает ключевую проблему радиохимии и радиоэкологии — работу в реальных, сложных средах (морская вода, подземные воды, жидкие радиоактивные отходы). Позволяет создавать высокоэффективные, «умные» системы для реабилитации территорий, переработки отработанного ядерного топлива и мониторинга.
Олег Шичалин кандидат химических наук, заведующий научно-исследовательской лаборатории «Электрохимические источники для возобновляемой энергетики» СахГУ
Лидирующий тренд — высокоэнтропийные материалы (это новый класс металлических материалов, состоящий из пяти и более элементов в равных или близких к ним пропорциях; в отличие от традиционных сплавов, они не имеют одного доминирующего основного компонента).
Прорывом года стала разработка высокоэнтропийного перовскитного титаната (10.1016/j.jeurceramsoc.2024.116878) для термозащиты. Эта концепция распространилась на создание керамик для поглощения электромагнитного излучения (10.1016/j.mser.2025.100936) и среднеэнтропийных самосмазывающихся сплавов (10.1007/s12598-024-03067-z). Это направление задает курс на материалы с уникальным комплексом свойств для экстремальных условий (аэрокосмос, энергетика).
Также оптимизация керамических катодов со структурой NASICON (Na3V2(PO4)3) для натрий-ионных аккумуляторов смещает акцент на создание безопасных, доступных и высокоэффективных материалов для масштабируемого накопления энергии (10.1007/s40820-024-01526-x).
Основной драйвер исследований — Китай. Мировая наука делает ставку на сложные, многофункциональные керамические системы, создаваемые с помощью ИИ, для решения ключевых задач: энергетического перехода (от прорывных до массовых батарей), безопасности и работы в экстремальных условиях.
Подписывайтесь и читайте «Науку» в Telegram