Am 8. Oktober 2025 um 17:45 Uhr Pekinger Zeit wurde der Nobelpreis für Chemie 2025 an Susumu Kitagawa, Richard Robson und Omar M. Yaghi für ihren Beitrag zur Entwicklung von organischen Metallrahmen verliehen. Die Strukturen, die sie geschaffen haben - metallorganische Rahmen (MOF) - enthalten riesige Löcher, durch die Moleküle hineingehen und rausgehen können. Forscher haben sie benutzt, um Wasser aus der Wüstenluft zu sammeln, Schadstoffe aus dem Wasser zu extrahieren, Kohlendioxid einzufangen und Wasserstoff zu speichern.

MOF: Eine charmante und äußerst geräumige "Einzimmerwohnung"

Mit dem Nobelpreis steht der Metallorganische Rahmen (MOF) im Mittelpunkt. Nobel beschreibt es mit einer Metapher: eine charmante und äußerst geräumige "Einzimmerwohnung". Metallorganische Rahmenmaterialien sind außergewöhnlich nützlich und sind speziell für die Erfassung von Kohlendioxid, die Trennung von Perfluoralkylstoffen (PFAS) aus Wasser, die Lieferung von Medikamenten im menschlichen Körper oder die Behandlung von giftigen Gasen konstruiert. Einige Materialien können das von Früchten freigegebene Ethylengas absorbieren, was den Reifenprozess verzögert; Es gibt auch einige Enzyme, die Antibiotikarückstände in der Umwelt abbauen können. Chemiker sind in der Lage, Zehntausende verschiedener MOF-Materialien zu entwerfen, was zur Entstehung neuer chemischer Wunder beigetragen hat.

„Der metallorganische Rahmen hat ein enormes Potenzial und bietet Möglichkeiten, maßgeschneiderte Materialien mit neuen Funktionen zu realisieren“, sagt Heiner Link, Vorsitzender des Nobelkomitees für Chemie.

Omar M. Yaghi und seine MOF-Entdeckungsreise

Omar M. Yaghi wurde 1965 in Amman, Jordanien, geboren. 1990 promovierte er an der University of Illinois in Urbana-Champagne. Er war Assistenzprofessor an der Arizona State University, der University of Michigan und der University of California, Los Angeles, bevor er 2012 zu der University of California, Berkeley wechselte, wo er heute James und Neeltje Tretter Professor für Chemie ist. Er ist Gründungsdirektor des Berkeley Institute for Global Science. Yagi war Pionier im Bereich der Netzchemie, bei der molekulare Bausteine durch starke Bindungen zusammennäht werden, um einen offenen Rahmen zu bilden. Seine Arbeit ist die Konstruktion, Synthese, Anwendung und Verbreitung von MOF.

1999 präsentierte Yagi MOF-5 der Welt und setzte damit den nächsten Meilenstein in der Entwicklung von organischen Metallrahmen. Im kubischen Raum dieses Materials versteckt sich eine riesige Oberfläche. Ein paar Gramm MOF-5 hat die Fläche eines Fußballfeldes, was bedeutet, dass es mehr Gas aufnehmen kann als Zeolit.

Omar Yagi legte 2002 und 2003 die letzten Ziegelsteine für die Grundlage des metallorganischen Rahmens. Er zeigt die Möglichkeit, MOFs auf vernünftige Weise zu modifizieren und zu ändern, um ihnen verschiedene Eigenschaften zu verleihen. Eine seiner Arbeiten war die Herstellung von 16 Varianten von MOF-5, deren Löcher größer oder kleiner waren als das ursprüngliche Material. Seitdem reichten die organischen Metallrahmen die Welt.

Mikromeritik in der Arbeit von Professor Yagi

In der Spitzenforschung in der porösen Materialien- und Rahmenchemie ist die präzise Charakterisierung der relativen Oberfläche, der Durchmesserverteilung und der Gasadsorptionseigenschaften von Materialien der Schlüssel zur Förderung von Durchbrüchen bei der Konstruktion und Anwendung von Materialien. Wir hatten das Glück, verschiedene Modelle von Micromeritics als Oberflächen- und Aperturanalysatoren in zahlreichen bahnbrechenden Arbeiten von Professor Yagi und seinem Team zu sehen. Die Verwendung von Micro-Produkten zur Bewertung der Eigenschaften von synthetischen covalenten organischen Rahmen- und metallorganischen Rahmen-Materialien bietet eine solide Datenstütze für die strukturelle Validierung und Funktionsentwicklung von Materialien.

In einer in der Fachzeitschrift Nature Chemistry veröffentlichten Studie hat das Team von Prof. Yagi unter Verwendung von Micromeritics ASAP 2020 Ammoniakabsorptionstests von Materialien wie COF-10 und COF-102 durchgeführt, die ihre Fähigkeit zur Ammoniakaufnahme und zur Zirkulationsstabilität aufdeckten. Das Instrument führt eine N₂-Adsorptionsanalyse bei 77K durch, berechnet genau die Oberfläche des Materials mit einem Durchgangsverhältnis und analysiert die Aperturverteilung in Kombination mit dem NLDFT-Modell, was eine entscheidende Grundlage für das Verständnis des Adsorptionsverhaltens von COF-Materialien in verschiedenen Gasumgebungen bietet.

*DOI: 10.1038/nchem.548 Abschnitt von Abschnitten

In einer anderen in Science veröffentlichten Studie zum Thema High-Assignment Covalent Organic Frameworks bestimmte das Yagi-Team mit Micromeritics 3Flex und ASAP 2420 die Isothermen der Adsorption von N₂, Ar, H2 und CO₂ bei 77K und 87K in den BP-COF-Materialien und analysierte ihre Aperturstruktur und relative Oberflächenfläche genau in Kombination mit dem theoretischen DFT-Modell. Diese Daten bestätigen nicht nur die strukturellen Modelle der theoretischen Simulation, sondern legen auch die Grundlage für die weitere Erforschung ihrer Energie- und Umweltanwendungen wie Wasserstoffspeicherung und Kohlendioxiderfassung.

*DOI: 10.1126/science.abd6406 Abschnitt der Abschnitte

Darüber hinaus führte das Yagi-Team in der von Nature Water berichteten MOF-303-basierten atmosphärischen Wassersammlerstudie auch eine N₂-Adsorptionsanalyse von MOF-303 und seinen Kompositpartikeln mit Micromeritics ASAP 2420 durch, um zu bestätigen, dass seine Oberfläche in hohem Verhältnis zu seiner porösen Struktur ist, was wichtige strukturelle Parameter für das Verständnis seines effizienten Mechanismus der Absorption und Freisetzung von Wasser liefert.

*doi.org/10.1038/s44221-023-00103-7 Abschnitt zum Inhalt der Arbeit

Mit ihrer hohen Präzision, Vielseitigkeit und Zuverlässigkeit sind die gesamten Produkte von Micromeritics ein zuverlässiges Werkzeug für das Team von Professor Yagi bei der Entwicklung neuer poröser Materialien. Von der Gasadsorption bis zur Wasserdampferfassung, von der strukturellen Charakterisierung bis zur Leistungsoptimierung bieten diese Instrumente eine solide experimentelle Garantie für wichtige Durchbrüche in den Bereichen Energie, Umwelt und Wasser und sind die „Datenmaschine“, die die Rahmenchemie von Labor zu praktischen Anwendungen treibt.