Chemie-Nobelpreis 2025 Apartments für Moleküle: Das steckt hinter dem Chemie-Nobelpreis

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Chemische Verbindungen mit viel Raum im Inneren bringen drei Forschern den diesjährigen Chemie-Nobelpreis. Die Materialwissenschaftler Susumu Kitagawa, Richard Robson und Omar Yaghi haben mit ihrer Arbeit das Feld der Chemie um die Synthese metallorganischer Gerüstverbindungen erweitert. Mit den Konstruktionen lässt sich u.a. Wasser aus Wüstenluft ziehen, CO₂ speichern und Antibiotika aus der Umwelt entfernen.

Der Nobelpreis für Chemie geht in diesem Jahr an die Materialwissenschaftler Susumu Kitagawa (Japan), Richard Robson (Australien) und Omar Yaghi (USA) für die Entwicklung metallorganischer Gerüstverbindungen. Das teilte die Königlich-Schwedische Akademie der Wissenschaften in Stockholm mit. Dank der Entdeckungen der Preisträger hätten Chemiker zehntausende solche Verbindungen konzipiert, würdigte die Akademie.

Hohlraum von großem Nutzen

Metallorganische Gerüstverbindungen, kurz MOFs genannt für Metal-Organic Frameworks, sind schwammartige Netze aus Metallen und organischen Molekülen, die viele kleine Hohlräume haben und zum Beispiel Gase speichern oder Stoffe trennen können. Die Strukturen eignen sich etwa dazu, Kohlendioxid aus der Luft abzuscheiden. Zudem lassen sich damit schädliche Chemikalien wie PFAS von Wasser trennen und Arzneimittelrückstände wie Antibiotika in der Umwelt abbauen. Eine weitere Anwendungsidee ist es, Medikamente in MOFs zu verpacken und gezielt in den Körper einzubringen, um nur einige Beispiele aufzuzählen.

Was steckt hinter dem Nobelpreis-Themen? Echte Anwendungsbeispiele für MOFs

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Wasser aus Wüstenluft isolieren

„Metallorganische Gerüstverbindungen haben ein enormes Potenzial und eröffnen bisher ungeahnte Möglichkeiten für maßgeschneiderte Materialien mit neuen Funktionen“, erklärt Heiner Linke, Vorsitzender des Nobelkomitees für Chemie. Ein konkretes Beispiel: Wasser in Wüstengebieten sammeln.

Vor wenigen Jahren hatte eine Gruppe um den frisch gekürten Nobelpreisträger Yaghi in der Wüste von Arizona das Pulver MOF-801 getestet. Es enthält extrem viele Poren und bietet damit eine sehr große spezifische Oberfläche, an der sich Wasser aus der Luft niederschlagen kann. Das geschieht nachts, wenn die Luft selbst in sehr trockenen Wüsten eine relativ hohe Luftfeuchtigkeit erreichen kann. Am Tag sorgt die Sonnenstrahlung dann dafür, dass das Wasser in der Sammelbox verdunstet, bevor es schließlich verflüssigt wird.

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Die Lehre von der Leere

Die Forschungsgeschichte begann 1989, als Robson versuchte, die Eigenschaften von Atomen auf neue Weise zu nutzen. Er kombinierte positiv geladene Kupferionen mit einem Molekül, dessen vier „Arme“ von eben jenen Kupferionen angezogen wurden. In den richtigen Verhältnissen gemischt, bildeten die Moleküle und Metallionen eine hochgeordnete, geräumige Kristallstruktur, ähnlich wie ein Diamantgitter mit unzähligen Hohlräumen.

Robson erkannte das Potenzial seiner Molekülkonstruktion, die aber noch instabil war und leicht zusammenbrach. Hier kamen Kitagawa und Yaghi ins Spiel: Sie gaben der neuen Molekülbauweise ein solides Fundament. Zwischen 1992 und 2003 machten sie unabhängig voneinander eine Reihe wichtiger Entdeckungen. Kitagawa zeigte, dass Gase in die Leerräume der Konstruktionen hinein- und aus ihnen herausströmen können, und sagte voraus, dass MOFs flexibel gestaltet werden könnten. Yaghi synthetisierte ein sehr stabiles MOF und zeigte, dass es gezielt modifiziert werden kann, wodurch es neue und wünschenswerte Eigenschaften erhält.

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Nach den wegweisenden Entdeckungen der Preisträger haben Chemiker auf der ganzen Welt Zehntausende verschiedener MOFs hergestellt. Damit haben Kitagawa, Robson und Yaghi ein neues Feld der Chemie begründet, welches voraussichtlich noch zahlreiche bedeutsame Entwicklungen bereithält.

Der Chemie-Nobelpreis ist mit insgesamt elf Millionen Kronen (rund einer Million Euro) dotiert. Die Auszeichnung geht zu gleichen Teilen an die drei Forscher. Die feierliche Überreichung der Auszeichnungen findet traditionsgemäß am 10. Dezember statt, dem Todestag des Preisstifters Alfred Nobel.

Weitere Informationen zu den Nobelpreisträgern auf www.nobelprize.org.

Dieser Beitrag erschien zuerst bei unserer Schwestermarke LABORPRAXIS

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