Nobelprijs Scheikunde 2025: De Architecten van Moleculaire Ruimtes Geëerd

Op 8 oktober 2025 maakte de Koninklijke Zweedse Academie der Wetenschappen de winnaars van de Nobelprijs voor Scheikunde bekend: Susumu Kitagawa, Richard Robson en Omar M. Yaghi. Deze prestigieuze onderscheiding werd hen toegekend voor hun baanbrekende werk in de ontwikkeling van metaal-organische kooien (MOF's), waarmee een geheel nieuw domein binnen de moleculaire architectuur werd geopend. Deze prestatie heeft de weg vrijgemaakt voor het synthetiseren en ontwerpen van materialen met poreuze structuren die unieke fysisch-chemische eigenschappen bezitten. De prijs, ter waarde van 11 miljoen Zweedse kronen, zal gelijkelijk onder de drie laureaten worden verdeeld.

De kern van deze wetenschappelijke doorbraak ligt in het creëren van kristallijne, poreuze netwerken. Hierbij fungeren metaalionen als knooppunten, verbonden door lange organische moleculen. Het resultaat is een materiaal met een immens intern volume, waar gassen en andere chemische entiteiten zich vrij kunnen bewegen. Deze constructies zijn in wezen moleculaire bouwwerken met grote, opzettelijk ontworpen holtes. Door deze architectuur kunnen de eigenschappen van de materialen op moleculair niveau worden gemanipuleerd, wat ze van onschatbare waarde maakt in diverse wetenschappelijke en technologische sectoren. De voorzitter van het Nobelcomité voor Scheikunde, Heiner Linke, vergeleek deze structuren treffend met de tas van Hermelien Griffel uit de Harry Potter-boeken: klein van buiten, maar verbazingwekkend ruim van binnen.

De weg naar deze ontdekking was een proces van stapsgewijze vooruitgang. Richard Robson van de Universiteit van Melbourne legde in 1989 de conceptuele basis door koperionen te combineren met organische verbindingen, wat resulteerde in een ruimtelijk, zij het instabiel, kristal. Vervolgens toonde Susumu Kitagawa van de Universiteit van Kyoto tussen 1992 en 2003 de inherente flexibiliteit van MOF's aan en hun vermogen om gassen door te laten, wat de praktische toepassingsmogelijkheden aanzienlijk verbreedde. Omar M. Yaghi van de Universiteit van Californië, Berkeley, verstevigde dit veld door extreem stabiele structuren te ontwikkelen en de term ‘reticulaire chemie’ te introduceren om de modulaire ontwerpaanpak te beschrijven. In 1999 presenteerde Yaghi MOF-5, een materiaal met een extreem hoge porositeit dat temperaturen tot 300°C kon weerstaan zonder degradatie, en dat een cruciale platformtechnologie werd. Hun gezamenlijke inspanningen hebben scheikundigen in staat gesteld tienduizenden verschillende MOF-varianten te ontwerpen.

Het potentieel van MOF's is werkelijk gigantisch en sluit naadloos aan bij de intentie van Alfred Nobel om de mensheid het grootste nut te bieden. Deze materialen worden reeds ingezet voor het winnen van waterdamp uit woestijnlucht en voor het afvangen van koolstofdioxide, wat cruciaal is voor het behalen van klimaatdoelstellingen. Ze worden ook gebruikt voor waterzuivering, inclusief de scheiding van PFAS-stoffen, en in de biomedische wereld voor gerichte medicijnafgifte. Bovendien blinken MOF's uit in de katalyse van chemische reacties, de opslag en het transport van waterstof, en de ontwikkeling van sensoren voor de detectie van toxische agentia. De opslag van gassen domineert momenteel de markt, met een aandeel van circa 40% in 2025, wat hun belang voor energiezekerheid, inclusief waterstofopslag, onderstreept.

De markt voor metaal-organische kooien kent een explosieve groei. Het volume bedroeg in 2024 ongeveer 0,51 miljard Amerikaanse dollar, met een verwachte stijging naar 1,70 miljard dollar tegen 2030, wat neerkomt op een samengestelde jaarlijkse groei van 22,1%. Op dit moment vertegenwoordigen zink-gebaseerde MOF's een substantieel deel van de markt, ongeveer 27,8% in 2025, vanwege hun veelzijdigheid. Deze expansie wordt gedreven door de toenemende vraag naar duurzame technologieën en de ontwikkeling van nieuwe industriële toepassingen voor MOF's.

Ondanks deze immense erkenning keerde Professor Robson de dag na de bekendmaking alweer terug naar het lesgeven, waar hij een college gaf aan eerstejaarsstudenten. Dit fungeert als een krachtige herinnering aan de onlosmakelijke band tussen fundamenteel onderzoek en de overdracht van kennis aan de volgende generatie. Deze successen op het gebied van materiaalkunde openen nieuwe perspectieven voor chemici en ingenieurs om materialen met vooraf bepaalde eigenschappen te creëren. De gezamenlijke inspanningen van deze drie wetenschappers hebben de scheikunde niet alleen vooruitgeholpen, maar dienen ook als inspiratiebron voor een nieuwe golf van interdisciplinaire innovatie.