用分子造房子！2025年诺贝尔化学奖授予三位科学家

刚刚，瑞典皇家科学院宣布，将2025年诺贝尔化学奖授予三人，以表彰他们“在金属有机框架（MOF）领域的开创性研究”：

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，这三位科学家创造了一种全新的分子结构，能够容纳各种气体和化学物质。这类结构可用于从沙漠空气中提取水分、捕获二氧化碳、储存有毒气体或催化化学反应。

与其他奖项一样，2025年诺贝尔化学奖奖金总额为1100万瑞典克朗（大约为人民币830.26万元），由三位获奖者平分。

瑞典皇家科学院指出，北川进、罗布森和亚吉开发出一种全新的分子架构形式。在这种结构中，金属离子充当“分子建筑”的支点，通过长链有机分子连接形成晶体。这些晶体内部包含大量空腔，被称为“金属有机框架”。

技术原理方面，金属离子作为结构节点，与长链有机分子结合形成含巨大空腔的晶体。通过调整材料构成，科学家可设计捕获特定物质的MOF，或实现导电与催化功能。

1999年，Yaghi向世人展示了传世经典材料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之为“他们为化学创造了新的房间”，MOF-5只需几克就能容纳一个足球场的面积。

委员会主席海纳·林克（Heiner Linke）表示：“金属有机框架蕴含巨大的潜力，它为定制化的新型功能材料带来了前所未有的可能。”

MOF研究的起点可追溯至1989年。彼时，理查德?罗布森尝试以全新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。

罗布森意识到了这种分子结构的潜力，但可惜的是这种材料不够稳定，容易坍塌。1992年至2003年间，北川进和亚吉分别在此基础上取得关键突破。北川进证明气体可以在框架中自由进出，并提出MOF可设计为可变形结构；亚吉则制备出稳定性极高的MOF，并通过理性设计方法赋予其可控的新特性。

自三位学者的开创性研究以来，化学家们已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显示出广泛应用前景，例如从水中分离永久性化学品PFAS、分解环境中微量药物残留、捕获二氧化碳，或从干旱地区空气中提取水分。