Nobelprijs Chemie 2025: Doorbraak in Metaal-Organische Kaders (MOF's)

In oktober 2025 heeft de Koninklijke Zweedse Academie van Wetenschappen de Nobelprijs voor de Scheikunde toegekend aan Omar Yaghi, Susumu Kitagawa en Richard Robson. Deze prestigieuze onderscheiding erkent hun baanbrekende werk op het gebied van de creatie en synthese van metaal-organische kaders, beter bekend als MOF's. Omar Yaghi zelf omschreef dit vakgebied als 'reticulaire chemie'. De totale prijssom van 11 miljoen Zweedse kronen wordt gelijk verdeeld onder de drie wetenschappers.

Wereldwijde Impact van de Materialen

MOF's zijn hybride materialen die bestaan uit metaalionen of clusters daarvan, verbonden door organische moleculen. Deze verbindingen vormen herhalende, driedimensionale kristalroosters. Wat deze structuren zo bijzonder maakt, is hun ongeëvenaarde porositeit. Ze bezitten enorme holtes waardoor gassen en chemische stoffen eenvoudig kunnen passeren. De ontdekkingen van de laureaten bieden oplossingen voor cruciale mondiale vraagstukken, variërend van milieuproblematiek tot energieopslag.

De Pioniersrol van Robson

Richard Robson legde in 1989 de fundering voor dit onderzoeksveld. Hij liet zich inspireren door de structuur van diamant. Door gebruik te maken van positief geladen koperionen slaagde hij erin het eerste voorspelbare driedimensionale rooster te construeren met aanzienlijke holtes. Hoewel de vroege ontwerpen van Robson kampten met instabiliteit, vormden ze de onmisbare startbasis voor alle latere doorbraken in het veld.

Stabiliteit en Flexibiliteit door Yaghi en Kitagawa

Omar Yaghi, verbonden aan de Universiteit van Arizona en de Universiteit van Californië, Berkeley, bereikte in 1995 een mijlpaal. Hij synthetiseerde een raamwerk dat de basis vormde voor stabiele MOF's. Zijn laboratorium produceerde een materiaal met een specifiek oppervlak van circa 4000 vierkante meter per gram – een duizelingwekkende oppervlakte in verhouding tot het gewicht. Kort daarna, in 1997, toonde Susumu Kitagawa van de Universiteit van Kyoto de selectieve adsorptie van gassen aan. Hij gebruikte hiervoor een kobaltkader dat CO₂, stikstof en zuurstof kon absorberen. Kitagawa introduceerde bovendien het concept van 'flexibele' kaders, die hun structuur wijzigen bij interactie met andere moleculen.

Schaalvergroting en Toepassingsgebieden

Tegenwoordig zijn er meer dan 100.000 verschillende typen MOF's gesynthetiseerd. Deze materialen beloven een ware revolutie teweeg te brengen in diverse technologieën. Denk hierbij aan het afvangen van koolstofdioxide uit industriële rookgassen – waarbij commerciële implementatie wordt verwacht tussen 2026 en 2027 – maar ook aan energieopslag, gerichte medicijnafgifte en het winnen van water uit de atmosfeer.

Commerciële Erkenning

De technologie die voortkomt uit Kitagawa's werk op het gebied van Poreuze Coördinatie Polymeren (PCP's) en MOF's vindt reeds haar weg naar de praktijk. Projecten zoals Smart Gas Network maken gebruik van CubiTan® containers voor het transport van methaan zonder de noodzaak van pijpleidingen. De toekenning van de Nobelprijs benadrukt de wereldwijde erkenning voor decennia aan fundamenteel onderzoek binnen de materiaalkunde.