Nobelpreis für Chemie 2025: Vom Puzzle-Spielzeug zum Material des Jahrhunderts

Der Nobelpreis für Chemie 2025 wurde an drei Wissenschaftler verliehen, die Pionierarbeit bei der Entwicklung von Metall-organischen Gerüstverbindungen (MOFs) geleistet haben – revolutionäre poröse Materialien mit weitreichenden potenziellen Anwendungsmöglichkeiten, von der Wassergewinnung in Wüsten über die Speicherung von CO₂ bis hin zur Verabreichung von Medikamenten in den Körper.

Auf einem Bildschirm sind die drei Wissenschaftler zu sehen, die den Nobelpreis für Chemie 2025 erhalten haben, während der Bekanntgabezeremonie an der Königlich Schwedischen Akademie der Wissenschaften in Stockholm am 8. Oktober – Foto: REUTERS

Am 8. Oktober wurde den drei Wissenschaftlern Susumu Kitagawa (74 Jahre, Universität Kyoto – Japan), Richard Robson (88 Jahre, Universität Melbourne – Australien) und Omar M. Yaghi (60 Jahre, University of California – Berkeley, USA) in Stockholm (Schweden) der 117. Nobelpreis für Chemie verliehen.

Ihre Erfolge erzählen eine wunderbare Geschichte von intellektuellem Ehrgeiz, Forschungsbeharrlichkeit und der Kraft grenzüberschreitender wissenschaftlicher Zusammenarbeit.

Vielseitige Schaumstoffanwendung

Die prämierte Arbeit trägt den Titel „Entwicklung metallorganischer Gerüstverbindungen“ (MOFs). In dieser Struktur bilden Metallionen die Grundlage, die mit langen organischen Molekülen verknüpft sind, die Kohlenstoffradikale enthalten. Diese Kombination erzeugt Kristalle mit großen Hohlräumen – poröse Materialien mit einzigartigen Eigenschaften.

Durch die Optimierung der Bausteine ​​können Chemiker MOFs entwickeln, um bestimmte Substanzen einzufangen und zu speichern, chemische Reaktionen zu fördern oder Elektrizität zu leiten.

„Metallorganische Gerüstverbindungen haben ein enormes Potenzial und eröffnen beispiellose Möglichkeiten zur Herstellung maßgeschneiderter Materialien mit vielen neuen Funktionen“, sagte Heiner Linke, Vorsitzender des Nobelkomitees für Chemie, bei der Preisverleihung.

Ausgehend von den bahnbrechenden Entdeckungen dreier Wissenschaftler haben Forscher Zehntausende verschiedener Arten von MOFs entwickelt und damit unzählige Richtungen für Wissenschaft und Technologie eröffnet.

Die Geschichte beginnt im Jahr 1989, als Professor Richard Robson an der Universität Melbourne (Australien) versuchte, eine neue Methode zur Herstellung chemischer Strukturen zu nutzen.

Er kombinierte positiv geladene Kupferionen mit einem vierarmigen Molekül, das an der Spitze jedes Arms eine chemische Gruppe besaß, die Kupferionen anzog. Das Ergebnis war ein Kristall mit einer geordneten, offenen Struktur, ähnlich einem Diamanten mit unzähligen Hohlräumen.

Robson und seine Kollegen entwickelten daraufhin das „Stab-Knoten“-Prinzip, um ein hohles Koordinationsnetzwerk zu schaffen. Damit ebneten sie den Weg für die Entwicklung metallorganischer Gerüste in der gewünschten Form. Die anfänglichen Strukturen waren jedoch instabil und kollabierten leicht, was in der Anfangsphase das größte Hindernis darstellte.

Drei Kontinente in einem Durchbruch

Zwei Wissenschaftler, Susumu Kitagawa und Omar Yaghi, gaben dieser Methode jedoch eine solide Grundlage. Zwischen 1992 und 2003 machten sie eine Reihe revolutionärer Entdeckungen.

An der Universität Kyoto (Japan) widerlegte Professor Kitagawa die vor 1997 weit verbreitete Vorstellung, dass hohle organische Kristalle zusammenbrechen würden, wenn sich nichts darin befände.

Er zeigte, dass es möglich war, organische Metallhybride herzustellen, die sowohl porös als auch stabil waren und dass Gase in diese Strukturen ein- und ausströmen konnten. Er prägte auch den Begriff „atmende MOFs“, der die Fähigkeit von MOFs beschreibt, sich als Reaktion auf die von ihnen aufgenommenen Moleküle auszudehnen und zusammenzuziehen – ähnlich wie die menschliche Lunge.

Als junger Doktorand und zukünftiger Professor fragte sich Yaghi, warum die Materialchemie auf „Schütteln und Backen“ beschränkt war. Von dort aus kam er auf die Idee, Molekülblöcke wie ein Puzzle „zusammenzunähen“, um ein Kristallgitter nach Entwurf zu erstellen.

Dieses Denken wurde zur Grundlage der „retikulären Chemie“, und er war es, der den Namen MOF für das neue Material prägte. Er entwickelte auch theoretische Entwürfe und schuf das klassische Material MOF-5 mit seiner riesigen Oberfläche und hohen Stabilität.

Nach schlaflosen Nächten im Labor, zerbrochenen Kristallen und unzähligen Fehlschlägen legte Herr Robson den Grundstein für MOFs. Herr Kitagawa demonstrierte die flexible Porosität und Herr Yaghi systematisierte die Methoden und die Sprache, um der wissenschaftlichen Gemeinschaft zu helfen, die Anwendungsmöglichkeiten in der Fertigung und im Leben weiter zu erweitern.

Obwohl sie getrennt voneinander auf drei Kontinenten arbeiten, sind diese drei Giganten der Chemie seit Jahrzehnten Kollegen und enge Freunde und ergänzen sich seit 1989 gegenseitig bei ihren Forschungsdurchbrüchen.

Olof Ramström, Mitglied des Nobelkomitees für Chemie, verglich ihre Entdeckung mit „Hermine Grangers Zaubertasche“ in den Harry-Potter-Büchern: Sie ist von außen klein, aber groß genug, um eine ganze Welt darin zu beherbergen.

Diese frühen Jahre und Jahrzehnte der Forschung führten heute zum renommierten Nobelpreis. Die Geschichte von MOF steht natürlich erst am Anfang.

(a) MOF-Bildungsprozess; (b) Adsorptionsprozess von Gas oder anderen Substanzen in MOF - Daten: SPRINGER; Daten: TV

Vom Labor ins Leben

MOFs finden heute breite Anwendung in der Produktion und im täglichen Leben. Neben den vom Nobelkomitee genannten Verwendungsmöglichkeiten kann dieses Material auch CO₂-Emissionen speichern und in nützliche organische Produkte umwandeln, Medikamente im Körper freisetzen, chemische Reaktionen katalysieren und sogar den Reifeprozess von Früchten durch die Bindung von Ethylen verlangsamen.

Diese Beispiele zeigen, dass MOFs nicht nur „schöne“ poröse Materialien für die Grundlagenforschung sind, sondern auch wichtige technologische Plattformen für Energie, Umwelt und Biomedizin darstellen und zur Verbesserung der Lebensqualität beitragen.

In Vietnam haben viele Forschungsgruppen an Universitäten und wissenschaftlichen Instituten MOFs in der Katalyse, Gasspeicherung und Arzneimittelfreisetzung eingesetzt. Dies zeigt, dass die einheimischen Wissenschaftler mit den neuesten Technologietrends Schritt halten.

In den nächsten Jahren werden MOFs in halbindustrielle Prozesse eingeführt und in Wassergewinnungsanlagen, CO₂-Abscheidung, Adsorptionssäulen und Feinfiltrationsmembranen integriert.

Man geht davon aus, dass in den nächsten fünf bis zehn Jahren MOFs bedarfsgerecht für die sichere Wasserstoffspeicherung, selektive Molekültrennung, hochempfindliche Umweltsensorik und umweltfreundliche chemische Katalyse entwickelt werden können. Dies würde die Energiekosten senken, den Schadstoffausstoß verringern und eine neue Generation von Märkten für Gerüstmaterialien eröffnen.

Angesichts der rasanten Entwicklung der künstlichen Intelligenz ist es nicht unmöglich, dass KI die Schaffung von MOFs mit hohem Anwendungswert in vielen anderen Bereichen fördert.

Professor Omar Yaghi und seine Note an der VNU-HCM

Professor Yaghi besuchte 2010 den Campus der VNU-HCM – Foto: DPCC

Während der 30-jährigen Gründungs- und Entwicklungszeit hat VNU-HCM stets die wertvolle Unterstützung zahlreicher internationaler Experten und Wissenschaftler erfahren – aufrichtige und engagierte Freunde, die ihm in den Bereichen Management, Forschung und Innovation große Erfolge beschert haben.

Insbesondere Professor Omar M. Yaghi (University of California, Berkeley – UCB), der weltweit führende Wissenschaftler auf dem Gebiet der Metall-organischen Gerüstverbindungen (MOFs), hat am VNU-HCM tiefe Spuren hinterlassen.

Mit einem strengen, aber inspirierenden Arbeitsstil trägt der Professor nicht nur dazu bei, viele konkrete Ergebnisse zu erzielen, sondern trägt auch dazu bei, das Bewusstsein und die wissenschaftliche Forschungskultur der Schule neu zu gestalten.

Aus dem Kooperationsprozess hat VNU-HCM wertvolle Lehren gezogen: Disziplin und Leidenschaft: Wissenschaftliche Arbeit erfordert Ernsthaftigkeit, intensive Leidenschaft und die übliche Labordisziplin; Hervorragende Qualität : Alle Forschungsarbeiten müssen internationalen Standards entsprechen und dürfen nur in den renommiertesten Zeitschriften veröffentlicht werden; Talent und Behandlung: Wissenschaftler müssen von führenden Beratern unterstützt werden, angemessene Forschungsbedingungen und ein dem „Marktwert“ entsprechendes Regime erhalten; Anwendbarkeit: Auch wenn es sich um Grundlagenforschung handelt, muss sie dennoch auf die Fähigkeit abzielen, Fördermittel zu beantragen und zu gewinnen – etwas, was Professor Yaghi selbst direkt mit VNU-HCM getan hat; Menschlichkeit und Genauigkeit: Streng in der Fachkenntnis, aber dennoch freundlich, nahbar und immer bereit zu teilen.

Im Jahr 2022 wurde Professor Omar M. Yaghi mit dem VinFuture-Preis ausgezeichnet, doch die größere Bedeutung haben die Werte, die er hinterlassen hat – von der Ausbildung der jungen Generation von Wissenschaftlern über den Aufbau von Exzellenzzentren (CoE) bis hin zur Verbreitung des Geistes professioneller Forschung und der Hingabe zum Wissen.

Außerordentlicher Professor, Dr. PHAN THANH BINH (ehemaliger Direktor von VNU-HCM)

Zurück zum Thema

Außerordentlicher Professor, Dr. Nguyen Thanh Vinh – Lyly Nguyen

Quelle: https://tuoitre.vn/nobel-hoa-hoc-2025-tu-do-choi-xep-hinh-den-vat-lieu-the-ky-20251008222351112.htm