分子搭积木：2025诺贝尔化学奖聚焦MOF材料革命

2025年诺贝尔化学奖授予三位科学家，表彰其在MOF材料领域的突破性贡献。

　　 10月8日消息，瑞典皇家科学院宣布，将2025年诺贝尔化学奖授予三位科学家，以表彰他们在金属有机框架（MOF）领域的开创性研究。这一奖项的颁发，不仅体现了该领域在化学科学中的重要地位，也反映了其在材料科学、环境治理和能源存储等多方面的广泛应用潜力。MOF材料因其独特的结构和功能，正逐渐成为科研与工业应用中的热点，此次获奖无疑将进一步推动相关研究的发展。

　　北川进（Susumu Kitagawa）：日本京都大学

　　理查德・罗布森（Richard Robson）：澳大利亚墨尔本大学

　　奥马尔・M・亚吉（Omar M. Yaghi）：美国加州大学伯克利分校

　　据介绍，这三位科学家研发出了一种全新的分子结构，能够吸附多种气体和化学物质。这种结构可应用于从沙漠空气中的提取水分、捕捉二氧化碳、储存有害气体或促进化学反应。

　　与以往的奖项相同，2025年诺贝尔化学奖的奖金总额为1100万瑞典克朗（约合830.26万元人民币），将由三位获奖者共同平均分配。

　　瑞典皇家科学院表示，北川进、罗布森和亚吉创造了一种全新的分子结构形式。这种结构中，金属离子作为“分子建筑”的支撑点，通过长链有机分子连接，形成晶体。这些晶体内部拥有众多空腔，被称为“金属有机框架”。

　　金属离子作为结构节点，与长链有机分子结合，能够形成具有巨大空腔的晶体材料。通过调控材料的组成，科学家可以设计出针对特定物质的捕获能力，或赋予MOF材料导电和催化等功能。这种材料的可设计性为未来在气体存储、分离、传感以及能源转换等领域提供了广阔的应用前景。其结构的灵活性和功能的多样性，使其成为当前材料科学中的研究热点之一。

　　 1999 年，Yaghi 向世人展示了经典材料 MOF-5。这是一种极其宽敞且稳定的分子结构。即使在空（即内部不曾容纳气体和化学物质）的情况下，它也能加热到 300°C 而不会坍塌。

　　诺贝尔化学委员会称，“他们为化学开辟了新的领域”，MOF-5仅需几克就能拥有一个足球场的面积。这种材料的惊人特性让人不禁思考，科学在不断突破我们对物质世界的认知。MOF-5所展现的高比表面积，不仅体现了材料科学的飞跃，也为未来的能源存储、气体分离和药物输送等领域带来了无限可能。这样的技术突破，正是人类智慧与自然规律深度结合的成果。

　　委员会主席海纳·林克（Heiner Linke）表示：“金属有机框架展现出巨大的潜力，为开发具有特定功能的新材料提供了前所未有的可能性。”

　　 MOF研究的起点可以追溯到1989年。当时，理查德・罗布森尝试以全新的方式利用原子的内在特性。他将带正电的铜离子与一种四臂分子结合，每个分子的末端都含有能与铜离子结合的化学基团。两者结合后，形成了一种结构有序、空间宽敞的晶体，犹如充满无数空腔的钻石。这一发现为后续MOF材料的发展奠定了基础，展现了科学家在探索物质结构时的创造力与前瞻性。通过巧妙地组合金属离子和有机配体，不仅能够构建出具有高度有序性的晶体结构，还能赋予材料独特的物理和化学性质，为催化、气体储存、分离等领域提供了广阔的应用前景。这种从基础研究出发的突破，往往能在未来带来意想不到的技术革新。

　　罗布森意识到了这种分子结构的潜力，但遗憾的是该材料稳定性不足，容易发生坍塌。在1992年至2003年间，北川进和亚吉在此领域相继取得关键性突破。北川进证实气体可以在框架中自由移动，并提出MOF可以设计为具有可变形特性的结构；而亚吉则成功制备出具有极高稳定性的MOF，并通过理性设计方法使其具备可控的新性能。

　　自三位学者的开创性研究以来，化学家们已成功合成出数以万计的不同MOF结构。这些材料在环境与能源领域展现出广阔的应用前景，例如用于从水中分离永久性化学品PFAS、分解环境中微量的药物残留、捕获二氧化碳，或是在干旱地区空气中提取水分。随着研究的深入，MOF材料正逐渐成为解决一些全球性环境问题的重要工具，其潜力值得持续关注与探索。

　　北川进（Susumu Kitagawa）出生于1951年，出生地为日本京都。他在1979年获得京都大学的博士学位，目前担任京都大学的教授职务。

　　理查德・罗布森（Richard Robson）：1937 年生于英国格拉斯本，1962 年获牛津大学博士学位，现任墨尔本大学教授。

　　奥马尔·M·亚吉（Omar M. Yaghi）出生于1965年，出生地为约旦安曼。他于1990年获得美国伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校的博士学位，目前担任加州大学伯克利分校的教授。