Nobelpreis für Chemie 2025: Die Architekten der molekularen Hohlräume

Am 8. Oktober 2025 gab die Königlich Schwedische Akademie der Wissenschaften die Verleihung des Nobelpreises für Chemie an die Wissenschaftler Susumu Kitagawa, Richard Robson und Omar M. Yaghi bekannt. Diese Ehrung würdigt ihre bahnbrechende Entwicklung der metallorganischen Gerüstverbindungen, kurz MOFs, womit sie ein völlig neues Feld in der molekularen Materialgestaltung eröffneten. Dieser Durchbruch hat die Tür zu synthetischen Materialien mit poröser Struktur und einzigartigen physikalisch-chemischen Eigenschaften aufgestoßen. Die Preissumme von 11 Millionen Schwedischen Kronen wird gleichmäßig unter den drei Geehrten aufgeteilt.

Der Kern dieser wissenschaftlichen Meisterleistung liegt in der Schaffung kristalliner, poröser Architekturen. Hierbei fungieren Metallionen als Knotenpunkte, die durch lange organische Moleküle miteinander verknüpft werden. Das Resultat sind Materialien mit immensen inneren Hohlräumen, die den Durchgang von Gasen und anderen chemischen Substanzen ungehindert ermöglichen. Man kann diese Gebilde als maßgeschneiderte molekulare Bauwerke mit großzügigen, gezielt entworfenen Freiräumen betrachten. Diese spezifische Anordnung erlaubt eine präzise Steuerung der Materialeigenschaften auf molekularer Ebene, was ihren Wert in diversen technischen und wissenschaftlichen Disziplinen unschätzbar macht. Heiner Linke, der Vorsitzende des Nobelkomitees für Chemie, zog einen treffenden Vergleich: Er beschrieb die MOFs als Hermines Zaubertasche aus der „Harry Potter“-Welt – äußerlich klein, aber innen ungemein geräumig.

Der Weg zu dieser wegweisenden Entdeckung war ein Prozess über mehrere Jahrzehnte. Richard Robson von der Universität Melbourne legte bereits 1989 den konzeptionellen Grundstein, als er Kupferionen mit organischen Bausteinen verband und so einen weitläufigen, wenn auch noch instabilen Kristall erzeugte. In den Jahren zwischen 1992 und 2003 erweiterte Susumu Kitagawa von der Universität Kyoto das Verständnis, indem er die Flexibilität von MOFs und deren Fähigkeit zur selektiven Gasdurchlässigkeit demonstrierte, was deren Anwendungspotenzial drastisch erhöhte. Omar M. Yaghi von der University of California, Berkeley, festigte dieses Forschungsgebiet durch die Entwicklung extrem stabiler Strukturen und prägte den Begriff der „Retikularen Chemie“ zur Beschreibung des modularen Designansatzes. Ein Meilenstein war Yaghis Präsentation von MOF-5 im Jahr 1999, einem Material mit außergewöhnlich hoher Porosität, das Temperaturen bis zu 300°C ohne Zersetzung standhält und zur zentralen Plattformtechnologie avancierte. Dank ihrer kombinierten Anstrengungen konnten Chemiker mittlerweile Zehntausende unterschiedlicher MOF-Varianten konstruieren.

Das Anwendungsspektrum der MOFs ist gewaltig und steht im Einklang mit Alfred Nobels Ideal, der Menschheit größten Nutzen zu stiften. Diese Materialien werden bereits zur Gewinnung von Trinkwasser aus trockener Wüstenluft eingesetzt. Sie sind essenziell für die Abscheidung von Kohlendioxid, was für die Erreichung von Klimazielen von größter Bedeutung ist. Darüber hinaus dienen sie der Reinigung von Wasser von Schadstoffen, einschließlich der Abtrennung von PFAS-Verbindungen, sowie in der Biomedizin zur gezielten Medikamentenabgabe. Auch in der chemischen Katalyse, der Speicherung und dem Transport von Wasserstoff sowie im Bau von Sensoren zur Detektion toxischer Substanzen finden MOFs Anwendung. Derzeit dominiert die Gasspeicherung den Markt und macht rund 40 Prozent des Gesamtvolumens im Jahr 2025 aus, was ihre zentrale Rolle für die Energiesicherheit, insbesondere bei der Wasserstoffspeicherung, unterstreicht.

Der Markt für metallorganische Gerüstverbindungen wächst rasant. Im Jahr 2024 belief sich sein Wert auf circa 0,51 Milliarden US-Dollar, mit einer projizierten Steigerung auf 1,70 Milliarden US-Dollar bis 2030, was einer jährlichen Wachstumsrate von 22,1 Prozent entspricht. Aktuell halten Zink-basierte MOFs aufgrund ihrer Vielseitigkeit einen beachtlichen Marktanteil von etwa 27,8 Prozent im Jahr 2025. Dieses dynamische Wachstum wird primär durch den steigenden Bedarf an umweltfreundlichen Technologien und die Erschließung neuer industrieller Einsatzmöglichkeiten für MOFs angetrieben.

Professor Robson zeigte sich trotz der höchsten wissenschaftlichen Anerkennung unbeeindruckt von der Feierlichkeit: Bereits am Tag nach der Bekanntgabe kehrte er in den Hörsaal zurück, um eine Einführungsvorlesung für Erstsemester zu halten. Dies ist eine eindringliche Mahnung, dass die Verbindung zwischen grundlegender Forschung und der Weitergabe von Wissen an die nächste Generation niemals abreißen darf. Diese Errungenschaften in der Materialwissenschaft eröffnen Chemikern und Ingenieuren neue Perspektiven für die Entwicklung von Werkstoffen mit präzise definierten Eigenschaften. Die gemeinsame Arbeit der drei Wissenschaftler hat die Chemie nicht nur vorangebracht, sondern inspiriert auch eine neue Generation von Forschern zu interdisziplinären Innovationen.