Die Verleihung des Nobelpreises für Chemie im Jahr 2025 würdigt einen fundamentalen Durchbruch in der Materialwissenschaft. Ausgezeichnet wurden Susumu Kitagawa, Richard Robson und Omar M. Yaghi für die Entwicklung der Metall-Organischen Gerüstverbindungen (MOFs). Diese drei herausragenden Wissenschaftler haben eine neue Klasse von Materialien geschaffen, die das Management von Materie auf der Nanoskala revolutioniert. MOFs sind faszinierende molekulare Konstrukte, die sich durch ausgedehnte innere Hohlräume auszeichnen. Dadurch sind sie in der Lage, Gase und andere chemische Verbindungen selektiv aufzunehmen, zu speichern und wieder freizugeben. Aufgrund ihrer kolossalen inneren Oberfläche fungieren diese Strukturen als „molekulare Schwämme“, was sie unverzichtbar für komplexe Separations- und Speicheraufgaben macht.
Richard Robson legte im Jahr 1989 den Grundstein für dieses Forschungsfeld, indem er die ersten geordneten kristallinen Strukturen synthetisierte. Hierbei verband er Kupferionen mit organischen Molekülen, die vier „Arme“ besaßen. Allerdings waren diese frühen Proben oft nicht stabil genug und neigten zum Zerfall. Der entscheidende Wendepunkt ereignete sich zwischen 1992 und 2003, als Susumu Kitagawa und Omar M. Yaghi es schafften, diese fragilen Architekturen zu stabilisieren. Ihr zentraler Erfolg bestand darin, nachzuweisen, dass Gase ungehindert in die Gerüste eindringen und diese wieder verlassen können. Dies bestätigte sowohl die Flexibilität als auch die Möglichkeit einer präzisen Abstimmung durch gezieltes Design. Professor Kitagawa von der Kyoto University und Professor Yaghi von der University of California, Berkeley, entwickelten zusammen mit Professor Robson von der University of Melbourne Methoden, die MOFs praktisch nutzbar machten. Ein Beispiel dafür ist MOF-5, das in Yaghis Labor entstand und sich durch ein außergewöhnlich großes Porenvolumen und hohe Stabilität auszeichnet.
Der Nobelpreis-Ausschuss betonte, dass diese Strukturen bisher unvorstellbare Möglichkeiten für die Kreation von Materialien mit maßgeschneiderten Funktionen eröffnen. Der Ausschussvorsitzende, Heiner Linke, zog einen Vergleich zum Potenzial der MOFs, indem er sie mit „Hermines Handtasche“ aus „Harry Potter“ verglich, die eine enorme Gasmenge auf winzigem Raum fassen kann. Der Beitrag dieser Forscher liefert Chemikern Werkzeuge zur Bewältigung drängender globaler Herausforderungen. Das Spektrum der praktischen Anwendung von MOFs ist beeindruckend breit. Sie bilden einen Eckpfeiler in der Entwicklung „grüner“ Technologien: Dies reicht von der effizienten Gewinnung von Feuchtigkeit aus dünner Wüstenluft (etwa durch das Material MOF-303, das nachts Wasserdampf sammelt) über die Abscheidung von Kohlendioxid bis hin zur sicheren Speicherung von Wasserstoff. Darüber hinaus sind diese Materialien vielversprechend für die Trennung von Gemischen leichter Kohlenwasserstoffe, was für die Öl- und Gasindustrie von kritischer Bedeutung ist, sowie für die Verabreichung pharmazeutischer Wirkstoffe und sogar zur Verlangsamung der Fruchtreifung durch die Absorption von Ethylengas. Auch in der Katalyse und als Sensoren zeigen aktuelle Forschungen ihr großes Potenzial.
Trotz dieses Triumphs verbleiben auf dem Weg zur flächendeckenden Einführung noch technische Herausforderungen. Dazu gehören die Sicherstellung der Langlebigkeit während der Absorptions-/Freigabezyklen und die Skalierung der Produktion. Dennoch könnten diese Gerüstverbindungen nach Ansicht einiger Experten zu den Schlüsselmaterialien des 21. Jahrhunderts avancieren und Lösungen für den Kampf gegen den Klimawandel durch Technologien zur Kohlenstoffabscheidung und -speicherung bieten. Die Preisträger teilen sich die Dotierung von 11 Millionen Schwedischen Kronen. Die Reaktionen auf diese hohe Auszeichnung waren verhalten: Kitagawa äußerte sich überrascht, Robson verwies auf die Schwierigkeiten, die mit dem nachfolgenden Trubel verbunden sind, und Yaghi bemerkte lakonisch, dass man sich auf einen solchen Moment nicht vorbereiten könne. Ihre gemeinsame Arbeit hat nicht nur die Materialchemie transformiert, sondern der Menschheit auch ein mächtiges Instrument an die Hand gegeben, um eine nachhaltigere Zukunft zu gestalten, in der selbst die scheinbare Leere in der atomaren Struktur zur Quelle großer Möglichkeiten wird.