De Nobelprijs voor Chemie gaat dit jaar naar de uitvinders van metaal-organische roosters. Dat zijn materialen die vervuilende gassen kunnen opzuigen. Ze kunnen helpen om schadelijke stoffen, zoals PFAS, uit water te zuiveren of om broeikasgassen uit de lucht te halen.
Nobelprijs Chemie naar uitvinders van "microscopische sponzen" die vervuiling kunnen filteren
Wim De Maeseneer
Gepubliceerd:
De Japanse chemicus Susumu Kitagawa, de Brit Richard Robson en de Saudisch-Amerikaanse (en van Palestijnse afkomst komende) chemicus Omar Yaghi krijgen de Nobelprijs voor Scheikunde voor hun ontwikkeling van zogenoemde metaal-organische roosters, of MOF's in het vakjargon (metal-organic frameworks).
Dat zijn materialen die bestaan uit een poreus rooster van zowel organische moleculen als metaalionen. In de holtes van het materiaal kunnen gassen worden vastgehouden.
Noem het microscopische sponzen, of een "honinggraat op nanoniveau", zoals professor Rob Ameloot (KU Leuven) het eerder al omschreef. Hij ontwikkelt MOF's aan het Centrum voor Membraanscheidingen, Adsorptie, Katalyse en Spectroscopie.
Eindeloze mogelijkheden
De poriën in MOF's zijn veel kleiner dan een menselijk haar. Ze zijn kleiner dan een nanometer. Een nanometer is een miljardste van een meter of 0,000000001 meter.
"Dat betekent dat er in een MOF heel veel gas kan opgeslagen worden", zegt professor Ameloot. "In ieder kamertje van de honingraat past een gasmolecule. Afhankelijk van welk behangpapier we tegen de muren hangen in de kamertjes, trekken we verschillende moleculen aan. Dat is wat MOF's zo interessant maakt."
De mogelijkheden zijn inderdaad veelbelovend, zei ook het Nobelcomité voor Scheikunde. "Deze structuren hebben een enorm potentieel, omdat ze nooit geziene mogelijkheden bieden om op maat gemaakte materialen met nieuwe functies te maken", zei voorzitter Heiner Linke.
MOF's kunnen worden gebruikt om CO2 op te vangen, om PFAS uit water te halen of om 's nachts water uit de lucht te halen in woestijnen om er overdag drinkwater van te maken.
Diamant met holtes
Richard Robson begon al in 1989 met de eerste stappen. Hij combineerde positief geladen koperionen met een vierarmig molecule. Het leverde een kristal op, als een diamant met ontelbare holtes erin. Maar het materiaal was instabiel en stortte makkelijk in.
Susumu Kitagawa en Omar Yaghi slaagden er onafhankelijk van elkaar in om het materiaal steviger en stabieler te maken. Kitagawa ontdekte dat gassen in en uit het materiaal kunnen vliegen en voorspelde de flexibiliteit ervan. Yaghi ontwikkelde een zeer stabiele structuur en toonde aan dat het materiaal aanpasbaar is.
De namen van Robson, Kitagawa en Yaghi circuleerden al enkele jaren als grote kanshebbers om een Nobelprijs te winnen. Ze krijgen nu samen 11 miljoen Zweedse kroon, ongeveer 1 miljoen euro.
Susumu Kitagawa won in 2017 ook al de Belgische Solvayprijs. Hij kreeg de prijs toen van koning Filip in Brussel.
Van betere computerchips tot kankertherapie
Chemici hebben intussen tienduizenden soorten MOF's gemaakt, met allerlei mogelijke toepassingen. "Die MOFs hebben speciale eigenschappen" zegt professor Ameloot. "Als je bijvoorbeeld de tank in je auto eerst vult met MOF's, dan krijg je er meer CNG in dan in een lege tank."
"Hoe komt dat? Omdat in een lege tank die moleculen tegen elkaar botsen en zo druk ontwikkelen, waardoor de tank sneller vol is dan wanneer alle gasmoleculen netjes gestapeld worden in de kamertjes van de honingraat van de MOFs."
Het team van Ameloot ontwikkelde in samenwerking met het Leuvense onderzoekscentrum Imec een methode om een MOF als isolatiemateriaal op chips te gebruiken.
Er wordt ook onderzocht of MOF's ingezet kunnen worden om kankers te detecteren of te bestrijden. Het materiaal zou in staat zijn om geneesmiddelen tot vlak bij tumoren te transporteren om dan van dichtbij aan te vallen.
