Nobelpreis für Chemie 2025: Bahnbrechende Arbeit an Metall-Organischen Gerüstverbindungen (MOFs)

Im Oktober 2025 wurde die Verleihung des Nobelpreises für Chemie durch die Königlich Schwedische Akademie der Wissenschaften bekannt gegeben. Die Auszeichnung erhielten Omar Yaghi, Susumu Kitagawa und Richard Robson für ihre bahnbrechende Forschung und Synthese von Metall-Organischen Gerüstverbindungen, kurz MOFs. Omar Yaghi selbst prägte für dieses Feld den Begriff der „retikulären Chemie“. Das Preisgeld von insgesamt elf Millionen Schwedischen Kronen wird gleichmäßig unter den drei Wissenschaftlern aufgeteilt.

Globale Tragweite dieser neuen Materialien

MOFs stellen eine faszinierende Klasse von Hybridmaterialien dar. Sie bestehen aus Metallionen oder deren Clustern, die durch organische Moleküle miteinander verbunden sind und dabei hochgeordnete, sich wiederholende dreidimensionale Kristallgitter bilden. Diese Strukturen zeichnen sich durch eine außergewöhnlich hohe Porosität aus, die große Hohlräume aufweist, durch die Gase und andere chemische Substanzen ungehindert passieren können. Die Errungenschaften der diesjährigen Preisträger adressieren einige der drängendsten globalen Herausforderungen, insbesondere in den Bereichen Umwelt und Energie.

Die Pionierarbeit von Robson

Richard Robson legte bereits im Jahr 1989 den Grundstein für dieses Forschungsgebiet. Er ließ sich dabei von der Struktur des Diamanten inspirieren. Robson gelang es, unter Verwendung von positiv geladenen Kupferionen das erste vorhersagbare dreidimensionale Gerüst mit ausgedehnten Hohlräumen zu konstruieren. Obwohl seine frühen Entwürfe noch unter Stabilitätsproblemen litten, markierten sie einen entscheidenden Ausgangspunkt für alle nachfolgenden Entdeckungen in der MOF-Forschung.

Stabilität und Selektivität durch Yaghi und Kitagawa

Omar Yaghi, der an der University of Arizona sowie der University of California, Berkeley tätig ist, gelang 1995 die Synthese eines Gerüsts, das als Blaupause für hochstabile MOFs diente. Seine Forschungsgruppe realisierte ein Material, das eine spezifische Oberfläche von beinahe 4000 Quadratmetern pro Gramm aufwies – eine beeindruckende Leistung. Kurz darauf, im Jahr 1997, demonstrierte Susumu Kitagawa vom Kyoto University Institute for Advanced Study die selektive Gasadsorption. Er zeigte dies anhand eines Kobalt-basierten Gerüsts, das selektiv Kohlendioxid, Stickstoff und Sauerstoff aufnehmen konnte. Kitagawa führte zudem das Konzept der „flexiblen“ Gerüste ein, deren Struktur sich bei der Interaktion mit bestimmten Molekülen dynamisch verändern kann.

Umfang und Anwendungspotenziale

Mittlerweile sind weltweit über 100.000 verschiedene Typen von MOFs synthetisiert worden. Diese Materialien versprechen eine tiefgreifende Revolution in verschiedenen Technologien. Dazu gehören die Abscheidung von CO₂ direkt aus industriellen Emissionen – wobei die kommerzielle Einführung für die Jahre 2026 bis 2027 erwartet wird –, die effiziente Energiespeicherung, die gezielte Wirkstofffreisetzung in der Medizin sowie die Gewinnung von Trinkwasser aus der Umgebungsluft.

Kommerzielle Erfolge und Anerkennung

Die von Kitagawa mitentwickelte PCP/MOF-Technologie findet bereits praktische Anwendung. Beispielsweise wird sie in Projekten wie dem Smart Gas Network eingesetzt, wo sie mithilfe von CubiTan®-Containern den Transport von Methan ohne die Notwendigkeit von Pipelines ermöglicht. Die Verleihung des Nobelpreises würdigt somit die jahrzehntelange fundamentale Grundlagenforschung in diesen Materialwissenschaften und signalisiert die weltweite Anerkennung ihrer immensen Bedeutung.