Der Nobelpreis für Chemie 2025 wurde am 9. Oktober in Schweden gefeiert

Richard Robson, Susumu Kitagawa und Omar Yaghi wurden mit 11 Millionen schwedischen Kronen ausgezeichnet für ihre neuen Entdeckungen im Bereich der Metall-organischen Gerüstverbindungen (MOFs).

MOFs (metal-organic frameworks) sind riesige molekulare Strukturen, die Metallionen mit organischen Molekülen verbinden. Das Ergebnis ist eine dreidimensionale Struktur voller Hohlräume. Sie ähneln in ihrer Struktur einem Diamanten, aber im Gegensatz zu diesem, der fest und dicht ist, sind MOFs wie Schwämme, die verschiedene Substanzen wie Gase aufnehmen und speichern können.

Alles begann 1989, als Richard Robson durch ein Experiment die erste metall-organische Struktur konstruierte, die Gase aufnehmen konnte. Hinter dieser Idee stand der einfache Gedanke, dass sich Moleküle aufgrund ihrer chemischen Eigenschaften natürlich miteinander verbinden können.

In seinem Experiment verwendete er:

• Kupferionen (Cu⁺), die eine positive Ladung tragen
• Und eine Verbindung mit vier Nitrilgruppen (-CN), die jeweils eine leicht negative Ladung tragen.

Wie vorhergesagt, zogen sich diese Moleküle gegenseitig an und bildeten die erste 3D-Struktur mit innerem Raum. Obwohl er eine große Entdeckung machte, war das Gerüst instabil und konnte leicht zerfallen.

Kitagawa nahm die Herausforderung an, das Gerüst zu verbessern.

Dazu verwendete er:

• Stärkere Metalle wie Ni, Zn und Co.
• Und bessere Verbindungsgruppen als Nitril, wie 4,4’-Bipyridin.

Mit dieser Kombination erreichte er stärkere Bindungen und eine stabilere 3D-Struktur.

Yaghi führte ihre Arbeit fort und entwickelte 1999 ein neues Material: MOF-5.

MOF-5 erwies sich als eine unglaublich stabile Struktur mit einer enormen inneren Oberfläche. Nur wenige Gramm reichten aus, um einen Raum von der Größe eines Fußballfeldes zu füllen. Das war revolutionär, denn es bedeutete, dass große Mengen an Gas absorbiert werden konnten – weit mehr als durch Zeolithe, die bis dahin Standardmaterialien zur Gasspeicherung waren.

Er entwickelte und personalisierte 16 Varianten von MOF-5 und zeigte damit, dass MOFs gezielt für bestimmte Zwecke konstruiert werden können, anstatt zufällig zusammengesetzt zu sein.

Heute sind MOFs ein bedeutendes Forschungsthema. Einige Beispiele in diesem Bereich sind:

• Die Kombination von ionischer Flüssigkeit (IL)/MOF, die sich als leistungsfähiger bei der Gasspeicherung erwiesen hat als reine MOFs.

Da Kohlendioxidemissionen (CO₂) erhebliche negative Auswirkungen auf den Klimawandel haben, arbeiten Wissenschaftler aktiv daran, Wege zu finden, um überschüssigen Kohlenstoff, der hauptsächlich durch industrielle Aktivitäten freigesetzt wird, aus der Atmosphäre zu entfernen.

Molekulare Simulationen von MOFs, die mit anderen funktionellen Substanzen wie ILs kombiniert sind, haben eine verbesserte CO₂-Adsorption gezeigt.

ILs bieten den Vorteil, selektiv bestimmte Moleküle anzuziehen. Zum Beispiel hat [BMIM][SCN], eine ionische Flüssigkeit, kombiniert mit einem zinkbasierten MOF, IRMOF-1, sich als am effektivsten bei der CO₂-Bindung erwiesen.

• Mit dem zunehmenden Einsatz von Elektrofahrzeugen werden Batterien mit hoher Kapazität benötigt. Aus diesem Grund untersuchen Wissenschaftler die Integration der Kombination Polymer/MOF in reale Anwendungen.

Diese Hybridisierung hat Verbesserungen in der Leistung und Energiekapazität von Batterien und Superkondensatoren gezeigt. Obwohl MOFs einen außergewöhnlichen inneren Speicherraum haben, sind sie von Natur aus schlechte elektrische Leiter. Durch die Kombination mit leitfähigen Polymeren konnten Forscher einen effizienteren Ionentransport und eine höhere Stabilität erreichen.  

Zu den vielversprechendsten Kombinationen gehören PEO/UiO-66 und PVDF-HFP/ZIF-8, die in jüngsten Studien ein erhebliches Potenzial gezeigt haben.

Bei CymitQuimica bieten wir verschiedene Produktfamilien an, die mit der Forschung im Zusammenhang stehen, die mit dem Nobelpreis für Chemie 2025 ausgezeichnet wurde, wie ionische Flüssigkeiten, Polymere und Metall-organische Gerüstverbindungen (MOFs), alle erhältlich für Forschung und wissenschaftliche Entwicklung.

Für Anfragen kontaktieren Sie uns bitte unter support@cymitquimica.com – wir helfen Ihnen gerne weiter.