Le prix Nobel de chimie décerné à un trio dans le domaine des structures organométalliques

Eine Gruppe von drei Wissenschaftlern wurde mit dem 2025 Nobelpreis für Chemie ausgezeichnet für die Entwicklung von „metallorganischen Gerüsten“, einer Form molekularer Architektur, die enorme Mengen an Raum in winzige Strukturen packt – die das Komitee mit der Handtasche von Hermione Granger aus den Harry-Potter-Romanen verglich.

Susumu Kitagawa, Richard Robson und Omar Yaghi werden den Preis für ihre bahnbrechenden Entdeckungen teilen, die helfen könnten, einige der drängendsten Probleme des Planeten anzugehen, wie den Klimawandel, kündigte das Nobelkomitee am Mittwoch bei einer Zeremonie in Stockholm, Schweden, an.

Heiner Linke, Vorsitzender des Chemie-Komitees, sagte, die Entdeckungen und Erkenntnisse der Preisträger hätten zu völlig neuen Materialien geführt, die „enorme Mengen an Gas in einem winzigen Volumen speichern“ können.

Linke verglich die Materialien mit Hermines Handtasche, die von außen klein wirkt, aber innen viel größer ist. In einer weiteren Analogie sagte er, die Materialien funktionierten „wie Zimmer in einem Hotel“, wo große Gruppen von Molekülen ein- und austreten könnten, als wären sie Gäste.

Das Komitee lobte die Preisträger für die Schaffung metallorganischer Gerüste (MOFs), die „verwendet werden können, um Wasser aus der Wüstenluft zu gewinnen, Kohlendioxid einzufangen, giftige Gase zu speichern oder chemische Reaktionen zu katalysieren“.

Yaghi, ein Chemieprofessor an der University of California, Berkeley, der in Jordanien geboren wurde, war auf dem Weg zu einem Flug, als er den Anruf erhielt, der ihn darüber informierte, dass er Nobelpreisträger sei. Er sagte, er sei „verblüfft, erfreut und überwältigt“, den Preis gewonnen zu haben.

„Meine Eltern konnten kaum lesen oder schreiben. Es war eine ganz schön lange Reise, die Wissenschaft ermöglicht es einem“, erzählte Yaghi 

 Yaghi und seine vielen Geschwister wuchsen in einem einzigen Raum in Amman, Jordanien, auf, ohne Strom oder fließendes Wasser. Die Schule war für ihn eine Zuflucht vor seinem ansonsten herausfordernden Leben, sagte das Komitee.

„Die Nützlichkeit des Nutzlosen“

Bisher wurden mehr als 100.000 metallorganische Gerüste berichtet, so Kim Jelfs, eine Chemieprofessorin am Imperial College London.

„Die Anwendungen von MOFs gehen alle auf ihre Porosität zurück – ein Gramm MOF-Material kann in seinen Poren eine Oberfläche haben, die der Größe eines Fußballfelds entspricht“, sagte Jelfs.

Der Ursprung dieser neuen Materialien lag, als Robson, ein Professor an der University of Melbourne in Australien, 1974 Studenten über Molekülstrukturen unterrichtete, indem er Holzkugeln zu Modellen von Atomen machte.

Beim Entscheiden, wo er Löcher in die Holzkugeln bohren sollte, erkannte Robson, dass eine enorme Menge chemischer Information von der Position der Löcher abhing. Er fragte sich, was passieren würde, wenn er verschiedene Arten von Molekülen statt einzelner Atome verknüpfte, und ob dies zu neuen Arten von Materialien führen könnte.

Obwohl Robson mehr als ein Jahrzehnt brauchte, um seine Theorie zu testen, bewiesen seine Experimente in den 1980er Jahren, dass sein Verdacht richtig war. Unter Verwendung von Kupfer zeigte Robson, dass die Moleküle sich zu einer regulären Molekülstruktur organisierten – ähnlich wie Kohlenstoffatome zusammenkommen, um einen Diamanten zu bilden.

Aber im Gegensatz zu Diamanten, bei denen die Molekülstruktur extrem kompakt ist, enthielt Robsons Material eine große Anzahl großer Hohlräume, was darauf hindeutete, dass dies zur Schaffung neuer Materialien führen könnte.

Kitagawa, ein Professor an der Kyoto University in Japan, baute auf Robsons Erkenntnissen auf. Zunächst war Kitagawa nicht von den praktischen Anwendungen dieser Materialien überzeugt, aber das Komitee sagte, der Chemiker habe seine Karriere von der Suche nach „der Nützlichkeit des Nutzlosen“ leiten lassen. Kitagawa begann, das Potenzial für die Schaffung poröser Molekülstrukturen zu erforschen und präsentierte seine erste 1992. Selbst damals waren die Forschungsförderer nicht besonders beeindruckt.

Erst 1997 machte Kitagawa seinen ersten großen Durchbruch, indem er ein neues Molekül entwickelte, das Methan, Stickstoff und Sauerstoff absorbieren und freisetzen konnte.

In der Zwischenzeit nutzte Yaghi – der mit 15 Jahren von Jordanien in die USA zog – an der Arizona State University die Forschung von Kitagawa und Robson, um ein völlig neues metallorganisches Gerüst, MOF-5, zu entwickeln, das das Komitee als „Klassiker“ im Bereich der Chemie bezeichnete. Selbst wenn es leer ist, kann diese Struktur auf 570 Grad Fahrenheit (300 Grad Celsius) erhitzt werden, ohne zusammenzubrechen.

Wasser aus der Wüstenluft saugen

Die Fähigkeit, eine enorme Anzahl von Hohlräumen in so kleinem Raum unterzubringen, ermöglichte es Yaghis Forschungsgruppe, Wasser aus der Wüstenluft in Arizona zu saugen.

„Nachts fing ihr MOF-Material Wasserdampf aus der Luft ein. Wenn die Dämmerung kam und die Sonne das Material erhitzte, konnten sie das Wasser sammeln“, sagte das Komitee.

Die Forschung der Preisträger hat eine Vielzahl realer Anwendungen und könnte einen Weg bieten, den Klimawandel zu bekämpfen, indem Kohlendioxid aus der Atmosphäre eingefangen wird. Andere Anwendungen umfassen die Entfernung von „ewigen Chemikalien“ aus dem Wasser und die Zersetzung von Spuren von Pharmazeutika in der Umwelt.

„Man könnte theoretisch Kohlendioxid absorbieren und es dann, anstatt es in die Atmosphäre freizusetzen, in einem Gerät sammeln“, sagte Sara Snogerup, eine Professorin für Physikalische Chemie an der Lund University in Schweden. „Das ist eine starke Hoffnung… aber natürlich müsste man es in wirklich großem Maßstab einsetzen.“

Im vergangenen Jahr wurde der Preis an eine Gruppe von drei Wissenschaftlern vergeben, die Künstliche Intelligenz nutzten, um den Code fast aller bekannten Proteine zu „knacken“, der „chemischen Werkzeuge des Lebens“. Unter ihnen war Demis Hassabis, CEO von Google DeepMind in London, dessen Arbeit half, ein KI-Modell zu entwickeln, das die komplexen Strukturen von Proteinen vorhersagt – ein Problem, das 50 Jahre lang ungelöst war.

2023 teilten sich drei Forscher den Preis, die daran arbeiteten, Quantenpunkte zu entdecken und zu entwickeln, die in LED-Lichtern und TV-Bildschirmen verwendet werden, sowie von Chirurgen beim Entfernen von Krebsgewebe.

Der Preis bringt ein Barpreisgeld von 11 Millionen Schwedischen Kronen (1 Million US-Dollar) mit sich.