Robert F. Curl Jr. wurde am 23. August 1933 in Alice im US-Bundesstaat Texas geboren. Er starb am 3. Juli 2022 in Houston. Der amerikanische Chemiker entdeckte 1985 gemeinsam mit Harold Kroto und Richard Smalley eine bis dahin unbekannte Form des Kohlenstoffs: fußballförmige Moleküle aus 60 Kohlenstoffatomen, die Fullerene. 1996 erhielten die drei Forscher dafür den Nobelpreis für Chemie. Die Entdeckung eröffnete ein neues Kapitel der Kohlenstoffchemie und gab der Nanotechnologie wichtige Impulse.
Herkunft und Ausbildung
Curl war der Sohn eines methodistischen Pfarrers, und die Familie zog innerhalb von Texas mehrfach um. Sein Interesse an Chemie wurde früh geweckt, als er als Kind einen Chemiebaukasten geschenkt bekam. Schon in der Schule stand für ihn fest, dass er Chemiker werden wollte.
Er studierte an der Rice University in Houston und schloss dort 1954 ab. Seine Doktorarbeit schrieb er an der University of California in Berkeley bei Kenneth Pitzer, einem bekannten Forscher auf dem Gebiet der physikalischen Chemie. 1957 wurde er promoviert. Danach forschte er an der Harvard University, wo er sich mit der Mikrowellenspektroskopie beschäftigte, einer Methode, mit der sich die Gestalt kleiner Moleküle sehr genau bestimmen lässt.
Ein Forscherleben an der Rice University
1958 kehrte Curl als junger Dozent an die Rice University zurück. Er blieb ihr während seines gesamten Berufslebens treu. Sein Fachgebiet war die Spektroskopie, also die Untersuchung von Molekülen mithilfe von Licht und anderer elektromagnetischer Strahlung. Jedes Molekül nimmt Strahlung bei ganz bestimmten Wellenlängen auf, ähnlich wie ein Fingerabdruck. Aus diesen Mustern lassen sich Aufbau und Eigenschaften der Moleküle ablesen.
Curl untersuchte besonders kurzlebige und reaktive Moleküle, etwa freie Radikale, die nur winzige Bruchteile einer Sekunde existieren. Später nutzte er dafür zunehmend Laser. Er galt als Fachmann, der präzise Messungen mit großem Verständnis für die zugrunde liegende Theorie verband.
Die Laser-Apparatur von Smalley
Ebenfalls an der Rice University arbeitete Richard Smalley. Er hatte eine Apparatur gebaut, mit der sich Stoffe mit einem starken Laser verdampfen ließen. In einem Strom von Heliumgas kühlten die verdampften Atome ab und lagerten sich zu kleinen Gruppen zusammen, sogenannten Clustern. Diese Cluster konnten anschließend mit einem Massenspektrometer untersucht werden, das ihre Masse und damit die Zahl der enthaltenen Atome anzeigt. Curl und Smalley arbeiteten mit dieser Apparatur zusammen, ursprünglich vor allem an Clustern aus Halbleitermaterialien wie Silizium.
Die Frage aus dem Weltall
Den Anstoß zur berühmten Entdeckung gab der britische Chemiker Harold Kroto von der University of Sussex. Er interessierte sich für lange Kettenmoleküle aus Kohlenstoff, die Astronomen in Gaswolken zwischen den Sternen nachgewiesen hatten. Kroto vermutete, dass solche Moleküle in den Atmosphären kohlenstoffreicher Riesensterne entstehen. Curl kannte Kroto aus der Spektroskopie und brachte ihn mit Smalley zusammen. Mit dessen Apparatur, so die Idee, ließen sich die Bedingungen in solchen Sternen nachahmen, indem man Graphit verdampfte.
Elf Tage im September 1985
Im September 1985 kam Kroto nach Houston. Gemeinsam mit Curl, Smalley und den Studenten James Heath, Sean O’Brien und Yuan Liu verdampften sie Graphit mit dem Laser. Im Massenspektrometer fiel ihnen ein auffällig starkes Signal auf: Cluster mit genau 60 Kohlenstoffatomen. Unter bestimmten Bedingungen dominierte dieses Signal alle anderen. Offenbar war ein Molekül aus 60 Kohlenstoffatomen besonders stabil.
Die Forscher fragten sich, wie eine so stabile Anordnung aussehen könnte. Kohlenstoff war bis dahin vor allem in zwei reinen Formen bekannt: als Diamant, in dem jedes Atom an vier Nachbarn gebunden ist, und als Graphit, der aus flachen Schichten von Sechsecken besteht. Eine flache Schicht aus 60 Atomen hätte offene Ränder mit ungesättigten Bindungen und wäre nicht besonders stabil.
Ein Fußball aus Kohlenstoff
Die Lösung fanden sie in einer geschlossenen, kugelförmigen Gestalt. Wenn man zwölf Fünfecke und zwanzig Sechsecke zusammenfügt, entsteht eine hohle Kugel mit 60 Ecken. Genau dieses Muster kennt man vom klassischen Fußball mit seinen schwarzen und weißen Feldern. An jeder Ecke sitzt ein Kohlenstoffatom. Die Kugel hat keine offenen Ränder, alle Atome sind gleichwertig, und das erklärt ihre Stabilität.
Die Forscher nannten das Molekül Buckminsterfulleren, nach dem amerikanischen Architekten Richard Buckminster Fuller, der Kuppeln aus Fünf- und Sechsecken entworfen hatte. Später setzte sich die Bezeichnung Fullerene für die ganze Familie solcher käfigartigen Kohlenstoffmoleküle durch. Neben dem C60 gibt es etwa auch das etwas längliche C70. Noch im November 1985 erschien die Arbeit in der Fachzeitschrift Nature.
Zweifel und Bestätigung
Zunächst war die Fußballstruktur nur ein Vorschlag, der sich auf die Signale im Massenspektrometer stützte. Die Menge an Fullerenen, die die Apparatur erzeugte, war winzig, viel zu gering, um sie mit anderen Methoden zu untersuchen. Einige Fachleute blieben deshalb skeptisch. In den folgenden Jahren sammelten Curl und seine Kollegen weitere Hinweise auf die Käfigstruktur.
Der Durchbruch kam 1990. Die Physiker Wolfgang Krätschmer aus Heidelberg und Donald Huffman aus Arizona fanden einen einfachen Weg, Fullerene in größeren Mengen herzustellen, indem sie Graphitstäbe in einer Heliumatmosphäre mit einem elektrischen Lichtbogen verdampften. Nun konnten Chemiker das C60 als Pulver gewinnen, auflösen und mit allen üblichen Methoden untersuchen. Die vorgeschlagene Fußballstruktur wurde eindeutig bestätigt.
Der Nobelpreis 1996
1996 erhielten Curl, Kroto und Smalley den Nobelpreis für Chemie für ihre Entdeckung der Fullerene. Die Akademie betonte, dass damit eine völlig neue Form eines Elements gefunden worden war, das man längst gut zu kennen glaubte. Curl war damals 63 Jahre alt. Für die Rice University war es ein besonderer Moment, denn zwei der drei Preisträger forschten an dieser Hochschule in Houston, an der Curl selbst studiert hatte und an die er nach seiner Promotion zurückgekehrt war.
Curl selbst blieb ein bescheidener Mensch, der die Leistung des gesamten Teams hervorhob, auch die der Studenten. Er setzte seine Forschung an der Rice University fort, unter anderem über laserbasierte Messgeräte, mit denen sich Spurengase in der Luft empfindlich nachweisen lassen. Er unterrichtete weiterhin und wurde später emeritiert.
Was aus der Entdeckung wurde
Die Fullerene lösten eine Welle der Forschung aus. Chemiker hängten an die Kohlenstoffkugeln verschiedene Gruppen an oder schlossen Atome in ihren Hohlraum ein. Fullerene werden unter anderem in organischen Solarzellen als Elektronenakzeptoren untersucht. Wenige Jahre nach der Entdeckung beschrieb der Japaner Sumio Iijima Kohlenstoff-Nanoröhren, also röhrenförmige Verwandte der Fullerene. Sie sind außerordentlich fest und leiten Strom. Später kam das Graphen hinzu, eine einzelne Schicht aus Kohlenstoffatomen. Zusammen bilden diese Materialien eine eigene Klasse von Kohlenstoff-Nanostrukturen.
Bedeutung für die Chemie
Robert Curl hat mit seinem Fachwissen in der Spektroskopie und seinem Talent, Menschen zusammenzubringen, eine der überraschendsten Entdeckungen der Chemie des 20. Jahrhunderts mit ermöglicht. Die Fullerene zeigten, dass selbst ein so vertrautes Element wie der Kohlenstoff noch Überraschungen bereithält. Sie veränderten auch den Blick auf die Chemie im Weltall: Inzwischen wurden Fullerene tatsächlich in Gas- und Staubwolken im All nachgewiesen, wo Kroto sie ursprünglich vermutet hatte. Die Entdeckung ist zudem ein Beispiel dafür, wie offene Grundlagenforschung ohne konkretes Anwendungsziel zu neuen Materialien führen kann. Curl betonte selbst gern, dass die Gruppe eigentlich etwas ganz anderes gesucht hatte. Er starb im Juli 2022 im Alter von 88 Jahren in Houston.
Stand: 29.10.2026