Entwicklung metallorganischer Gerüststrukturen
Chemie-Nobelpreis 2025 für „molekulare Architektur“
Susumu Kitagawa, Richard Robson und Omar Yaghi erhalten den Chemienobelpreis 2025. Sie haben mit metallorganischen Gerüststrukturen eine neue Materialklasse geschaffen, die als Schlüsseltechnologie für Klimaschutz, Ressourcennutzung und nachhaltige Chemie gilt.
Anfang der 2000er Jahre zeigte Nobelpreisträger Omar M. Yaghi, dass sich ganze Familien metallorganischer Gerüste mit klar definierten Hohlräumen und unterschiedlichen Eigenschaften herstellen lassen.
(Bild: Johan Jarnestad/The Royal Swedish Academy of Sciences)
Die Königlich Schwedische Akademie der Wissenschaften hat den Nobelpreis für Chemie 2025 an Susumu Kitagawa (Kyoto University, Japan), Richard Robson (University of Melbourne, Australien) und Omar M. Yaghi (University of California, Berkeley, USA) verliehen. Die drei Forscher werden für die Entwicklung metallorganischer Gerüstverbindungen (Metal–Organic Frameworks, MOF) ausgezeichnet – eine Materialklasse, die durch ihre hohe Porosität und Vielseitigkeit neue Perspektiven für chemische und umwelttechnische Anwendungen eröffnet.
Metallorganische Gerüste bestehen aus Metallionen, die als Knotenpunkte fungieren, und organischen Molekülen, die sie zu regelmäßigen Kristallstrukturen verbinden. Dadurch entstehen Materialien mit einem enormen Innenraum und präzise definierten Poren. Diese Struktur ermöglicht es, Gase oder Flüssigkeiten selektiv aufzunehmen, zu speichern oder chemisch umzuwandeln. Das Nobel-Komitee fasst diese Eigenschaften zusammen als „Molekulare Architektur mit Raum für Chemie“.
MOFs werden heute unter anderem erforscht für CO₂-Abscheidung und Speicherung, die Gewinnung von Wasser aus Wüstenluft, Filtern von Schadstoffen wie PFAS oder Medikamentenrückständen sowie als Katalysatoren oder elektrisch leitfähige Materialien. „Metallorganische Gerüstverbindungen besitzen ein enormes Potenzial und eröffnen ungeahnte Möglichkeiten für maßgeschneiderte Materialien mit neuen Funktionen“, sagte Heiner Linke, Vorsitzender des Nobelkomitees für Chemie.
Von der Idee zum stabilen Gerüst
Der Ursprung der Entdeckung reicht bis 1989 zurück: Richard Robson kombinierte erstmals Kupferionen mit einem vierarmigen organischen Molekül, dessen Enden eine hohe Affinität zu Kupfer zeigten. Daraus entstand ein kristallines, hochporöses Material – ein „Diamant mit unzähligen Hohlräumen“, wie Robson es beschrieb.
Die frühe Struktur war jedoch instabil. In den 1990er Jahren gelang es Susumu Kitagawa, Gase reversibel in solche Gerüste ein- und austreten zu lassen, und er zeigte, dass MOFs flexibel gestaltet werden können. Omar Yaghi entwickelte schließlich besonders stabile und gezielt modifizierbare MOFs, die sich durch „rationales Design“ an spezifische Anforderungen anpassen lassen.
Seit diesen bahnbrechenden Arbeiten sind zehntausende Varianten von MOFs synthetisiert worden. Forschende weltweit sehen in ihnen Schlüsseltechnologien zur Lösung globaler Herausforderungen – von Klimaschutz und Ressourceneffizienz bis hin zur nachhaltigen Chemieproduktion.
