08 oktober 2025 14:00
Susumu Kitagawa (links), Richard Robson (midden) en Omar Yaghi (rechts) wonnen de Nobelprijs voor Scheikunde voor hun onderzoeken naar MOF’s. Beeld: Beeld: Ill. Niklas Elmehed © Nobel Prize Outreach.
De Nobelprijs voor Scheikunde gaat naar drie wetenschappers die een soort moleculaire sponzen ontdekten die zeer nuttig zijn.
Water uit woestijnlucht oogsten, CO2 uit de lucht vangen, PFAS uit het water filteren en medicijnen gecontroleerd afgeven in het lichaam. Dit zijn slechts enkele nuttige toepassingen van zogenoemde metal–organic frameworks, of kortweg MOF’s. De Japanner Susumu Kitagawa, de Brit Richard Robson (nu werkzaam in Australië) en de Jordaniër Omar Yaghi (nu werkzaam in de VS) ontvangen dit jaar de Nobelprijs voor Scheikunde voor de ontdekking van deze ‘moleculaire sponzen’.
Lees ook:
Atomen kunnen verbindingen aangaan met andere atomen om samen een molecuul te vormen. Elk type atoom – zoals koolstof, stikstof of chloor – heeft een vast aantal bindingsplaatsen en die zitten altijd op dezelfde plek. Hierdoor kun je voorspellen hoe een molecuul eruitziet als je weet uit welke atomen die is opgebouwd.
In 1989 bedacht Richard Robson dat hij die bindingseigenschappen kon gebruiken om verschillende moleculen met elkaar te koppelen, in plaats van individuele atomen. Hij was geïnspireerd door de structuur van diamant. Diamant bestaat uit koolstofatomen die op vier plekken vastzitten aan andere koolstofatomen, waardoor een groot en enorm stevig kristalrooster ontstaat.
Robson deed iets vergelijkbaars. Hij nam een molecuul met vier armen waaraan koperatomen konden binden. Koper kan twee bindingen aangaan en koppelde dus vervolgens weer aan een nieuw 4-armig molecuul. Zo ontstond een kristalrooster dat vergelijkbaar was met dat van diamant. Maar er was wel een belangrijk verschil: dit kristal had een groot aantal gaten. Hij vermoedde gelijk dat dit soort kristallen, nu bekend als MOF’s, veel toepassingen zouden kunnen hebben.
In de jaren daarna ontwikkelde hij nog meer MOF’s. Maar zijn creaties hadden de neiging om snel uit elkaar te vallen. Veel chemici bestempelden zijn ontdekking daarom als niet-nuttig. Sommigen zagen echter wel potentie, waaronder Susumu Kitagawa en Omar Yaghi. Beide onderzoekers deden tussen 1992 en 2003 apart van elkaar een aantal belangrijke ontdekkingen.
Kitagawa slaagde erin om een MOF te ontwerpen die wél stabiel was. Bovendien liet hij zien dat zijn MOF als een soort spons gassen kon opzuigen – stabiel én functioneel dus. Hij ontdekte daarnaast dat MOF’s gemaakt konden worden van zachte materialen, waardoor ze flexibel zijn, wat een hoop extra toepassingen mogelijk maakt.
Yaghi ontwierp een MOF die extreem stabiel was, MOF-5 (nog altijd een klassieker in de chemie). Maar nog indrukwekkender was de gigantische ruimte die verstopt zat in deze ‘moleculaire spons’: de oppervlakte van de binnenwanden van de poriën in slechts een paar gram van MOF-5 is even groot als een voetbalveld. De stof kan daardoor enorm veel gas opslaan.
Later liet Yaghi zien dat de structuur van MOF’s op een rationele manier is te veranderen, waardoor je ze bewust andere eigenschappen kunt geven. Zo kon hij varianten van MOF-5 creëren met grotere of kleinere poriën of die beter waren in het opslaan van een bepaald type gas.
Sindsdien hebben metal–organic frameworks de scheikundige wereld veroverd. Wetenschappers hebben inmiddels een moleculaire gereedschapskist ontwikkeld waarmee relatief eenvoudig nieuwe MOF’s zijn te maken. Daarmee is het mogelijk om MOF’s te ontwerpen met specifieke eigenschappen.
De onderzoeksgroep van Yaghi heeft bijvoorbeeld een MOF ontwikkeld die ’s nachts waterdamp uit woestijnlucht vangt. Als het materiaal overdag opwarmt door de zon, is dat water te oogsten. Maar er zijn nog veel meer nuttige toepassingen te bedenken.
Tot nu toe zijn MOF’s alleen nog op kleine schaal gebruikt. Veel bedrijven onderzoeken wel hoe ze de materialen op grotere schaal kunnen produceren. Er zijn al succesverhalen. Zo bestaat er een MOF die giftige gassen kan vangen die vrijkomen bij de productie van halfgeleiders. Een ander materiaal breekt gevaarlijk gassen af. En er zijn ook veel bedrijven die MOF’s willen gebruiken in de schoorstenen van fabrieken om CO2 te filteren.
Deze week worden ook de winnaars van de andere Nobelprijzen bekendgemaakt, op donderdag voor Literatuur en op vrijdag voor de Vrede. Maandag werd bekend dat de ontdekkers van cellen die auto-immuunziekten voorkomen de Nobelprijs voor Geneeskunde hebben gewonnen. Dinsdag werd duidelijk dat de Nobelprijs voor Natuurkunde gaat naar de ontdekkers van quantumverschijnselen op onverwacht grote schaal. Maandag 13 oktober wordt de Prijs voor Economie bekendgemaakt, hoewel dit geen echte Nobelprijs is. Op 10 december, de sterfdag van naamgever Alfred Nobel, worden de prijzen officieel uitgereikt.
Bron: Nobelprize.org
Duik in de wereld van wetenschap, technologie en ruimtevaart met KIJK! Ontdek de meest fascinerende achtergronden, baanbrekende ontwikkelingen en de spannendste verhalen uit de ruimte.
Wil jij niets missen én profiteren van een scherpe aanbieding? Word nu lid van KIJK en lees meer voor minder!
