Tänk dig att tomten ger dig en stor låda med nya Legoklossar som låter dig bygga saker som tidigare bara rasat ihop. Årets kemipristagare har upptäckt en sån låda.
Susumu Kitagawa, Richard Robson och Omar Yaghi tilldelas 2025 års Nobelpris i kemi eftersom de har utvecklat en ny form av molekylär arkitektur. Metalljoner kopplas ihop med kolbaserade molekyler och bildar regelbundna kristaller med hålrum i. Dessa kallas för metallorganiska ramverk (MOF) och i hålrummen kan olika ämnen fångas in och lagras.
– Det är ett konceptuellt Nobelpris. Pristagarnas ingång i kemin är lite som för en byggare eller arkitekt där de vill skapa en struktur med ett särskilt utseende. Pristagarna har funnit ett sätt att definiera riktningen utifrån bindningen mellan den organiska molekylen och metalljonen, säger Karl Börjesson, professor i fysikalisk kemi vid Göteborgs universitet.
Utgår från bindningsvinklar
Det finns redan stabila och ihåliga material, zeoliter, som kan byggas billigt från kiseldioxid. Men zeoliter är oftast hårda medan MOF:ar innehåller flexibla molekylära byggstenar som kan skapa rörlighet i materialet. Det går också att bygga in olika funktioner i dem.
Byggandet utgår från bindningsvinklar. Organiska föreningar med fria elektronpar i ändarna kan koppla ihop sig med metalljoner och skapa en struktur i kristallform. Beroende på vilken metalljon kemisten väljer att bygga med så får du olika vinklar på den skapade kristallen och storleken på den organiska föreningen påverkar storleken på hålrummen. På så vis kan kemisterna skräddarsy MOF:ar så att det bildas hålrum i kristallerna där olika ämnen kan fångas in.
I vissa MOF:ar är hålrummen riktigt stora och har därmed förmåga att fånga in stora mängder av en gas, till exempel. Omar Yaghi byggde ett metallorganiskt ramverk där ett par gram av strukturen hade hålrum i storlek som en fotbollsplan.
Utvinna vatten
Forskare har under de senaste decennierna byggt mängder av olika funktionella MOF:ar. I de flesta fall har materialen dock endast använts i liten skala. I pilotstudier visar forskarna hur metallorganiska ramverk kan användas för att utvinna vatten ur ökenluft på natten eller fånga in koldioxid från atmosfären.
Det finns hundratals startup-bolag som nu arbetar på att kommersialisera upptäckten av MOF, och många av framtidens användningsområden väntar runt hörnet.
– Det finns tillämpningar som inte har att göra med gaser, det går att bygga ett membran som kan filtrera ämnen på nanometerskala. Det skulle kunna användas för filtrering av kolväten som i dag måste destilleras isär. En forskarkollega till mig undersöker om en MOF kan bli ett filter som kopplar elektronik och kroppens signalsubstanser, säger Karl Börjesson.
