De Nobelprijswinnaars voor Scheikunde van 2025 hebben bijzondere moleculaire constructies gemaakt met grote ruimtes erin. Deze structuren, metaal-organische raamwerken (MOF) genoemd, kunnen gassen en andere chemicaliën opnemen en doorlaten. Deze structuren leggen de basis voor het oplossen van grote wereldproblemen zoals het schoonmaken van vervuild water.
De prijs gaat naar de Japanse Susumu Kitagawa, de Australische Richard Robson en de Amerikaan Omar Yaghi. Ze ontwikkelden een nieuwe vorm van moleculaire architectuur. In hun constructies vormen metaalionen de hoekpunten die met elkaar verbonden zijn door lange koolstofmoleculen. Zo ontstaan er kristallenstructuren met kleine holtes. Je kan het vergelijken met een spons op nanoschaal. Door met de bouwstenen te variëren kunnen scheikundigen MOF’s maken die precies de stoffen opslaan die ze willen. Ze kunnen zelfs gebruikt worden om chemische reacties te sturen of elektriciteit geleiden.
Veel vaste stoffen hebben een kristalstructuur. In zo’n structuur zitten de deeltjes, zoals atomen, moleculen of ionen, in een vast en regelmatig patroon. Deze vaste rangschikking noemen we een kristalrooster. Een stof met een kristalstructuur hoeft echter niet altijd zichtbaar als kristal aanwezig te zijn.
Het begon allemaal in 1989, toen Robson naar een nieuwe manier zocht om de eigenschappen van atomen te benutten. Hij combineerde positief geladen koperionen met een molecuul dat vier ‘armen’ had. Aan het uiteinde van elke arm zat een groep die sterk werd aangetrokken door koper. Toen hij de twee stoffen combineerde, vormden ze een kristal. Het leek op een diamant vol ontelbare piepkleine holtes.
Robson zag meteen het potentieel van deze constructie, maar het bleek nog erg instabiel: het viel gemakkelijk uit elkaar. Kitagawa en Yaghi gaven deze bouwmethode later een stevige basis. Tussen 1992 en 2003 deden ze onafhankelijk van elkaar een reeks ontdekkingen. Kitagawa liet zien dat gassen in en uit de constructies kunnen stromen en voorspelde dat deze MOF’s flexibel gemaakt konden worden. Yaghi maakte vervolgens een veel stabielere MOF en toonde aan dat je deze materialen doelgericht kan ontwerpen. Zo kun je ze precies de eigenschappen geven die je nodig hebt.
“Metaal-organische raamwerken hebben een enorm potentieel en bieden voorheen onvoorziene mogelijkheden voor op maat gemaakte materialen met nieuwe functies”, zegt Heiner Linke, voorzitter van het Nobelcomité voor Scheikunde.
Sinds de ontdekkingen van de laureaten (prijswinnaars) hebben scheikundigen tienduizenden verschillende MOF’s gebouwd. Sommige daarvan kunnen helpen bij het oplossen van grote uitdagingen voor de mensheid: ze kunnen PFAS uit water filteren, resten van medicijnen in het milieu afbreken, koolstofdioxide uit de lucht halen of water winnen uit droge woenstijnlucht.
