Susumu Kitagawa, Richard Robson und Omar Yaghi haben eine neue Art von Molekülstruktur entwickelt, bei der Metallionen als Eckpfeiler fungieren und durch lange organische Moleküle (auf Kohlenstoffbasis) verbunden sind. Zusammen bilden die Metallionen und Moleküle Kristalle mit großen Hohlräumen. Diese porösen Materialien werden als metallorganische Gerüste (MOFs) bezeichnet. Durch Veränderung der in MOFs verwendeten Bausteine können Chemiker sie so gestalten, dass sie bestimmte Stoffe binden und speichern. MOFs können auch chemische Reaktionen auslösen oder Strom leiten, wie bereits ausführlicher beschrieben .
"Metallorganische Gerüste haben ein enormes Potenzial und bieten bisher unvorstellbare Möglichkeiten für die Herstellung einzigartiger Materialien mit neuen Funktionalitäten", sagte Heiner Linke, Vorsitzender der Sektion Chemie des Nobelkomitees.
Alles begann 1989, als Richard Robson das Potenzial der inhärenten Eigenschaften von Atomen auf eine neue Weise testete. Er kombinierte positiv geladene Kupferionen mit einem vierarmigen Molekül mit einer chemischen Gruppe am Ende jedes Arms, die von den Kupferionen angezogen wurde. Bei ihrer Kombination gingen sie eine Bindung ein und bildeten eine hoch geordnete, weiträumige Kristallstruktur. Es war wie ein Diamant mit unzähligen Hohlräumen.
Robson erkannte sofort das Potenzial der Molekülstruktur, aber sie war instabil und brach leicht zusammen. Susumu Kitagawa und Omar Yaghi lieferten jedoch eine solide Grundlage für diese Methode: zwischen 1992 und 2003 machten sie unabhängig voneinander eine Reihe revolutionärer Entdeckungen. Kitagawa zeigte, dass Gase in Strukturen hinein- und herausströmen können, und sagte voraus, dass MOFs flexibel gemacht werden können. Yaghi schuf ein sehr stabiles MOF und bewies, dass es durch geschicktes Design modifiziert werden kann, um ihm neue und wünschenswerte Eigenschaften zu verleihen.
Nach den bahnbrechenden Entdeckungen der Preisträger haben Chemiker inzwischen Zehntausende von verschiedenen MOFs geschaffen. Einige von ihnen könnten helfen, einige der größten Herausforderungen der Menschheit zu lösen, wie die Entfernung von Perfluor- und Polyfluoralkylsubstanzen (PFAS) aus dem Wasser, den Abbau von Arzneimittelspuren in der Umwelt, die Bindung von Kohlendioxid oder die Gewinnung von Wasser aus der Wüstenluft.