2025年诺贝尔化学奖：金属有机框架（MOF）——分子建筑学的伟大胜利

2025年诺贝尔化学奖的桂冠授予了三位杰出的科学家：北川进、理查德·罗布森和奥马尔·M·亚吉。这项荣誉旨在表彰他们在材料科学领域取得的根本性突破，特别是对金属有机框架（MOF）的开创性研究。MOF是一种革新性的材料类别，它为我们在纳米尺度上精准控制物质提供了全新的可能性。这些令人惊叹的分子结构拥有巨大的内部空腔，使其能够选择性地吸收、捕获和释放气体及其他化学物质。MOF被形象地比喻为“分子海绵”，其内部具有极高的表面积，这对于解决复杂的物质分离和存储难题至关重要。

理查德·罗布森教授在1989年奠定了这一研究方向的基础，他首次通过将铜离子与带有四个“臂”的有机分子连接起来，创造出了有序的晶体结构。然而，这些早期的样品存在强度不足、易于崩塌的缺陷。真正的转折点发生在1992年至2003年间，北川进和奥马尔·M·亚吉成功地稳定了这些原本脆弱的分子架构。他们的核心贡献在于证明了气体可以自由地进出这些框架，这证实了MOF的灵活性，并可以通过有目的的设计实现精确调控。来自京都大学的北川教授、加州大学伯克利分校的亚吉教授，以及墨尔本大学的罗布森教授，共同开发了使MOF具备实际应用价值的方法。例如，亚吉教授的实验室便成功合成了MOF-5，该材料以其超大的孔体积和出色的稳定性而著称。

诺贝尔委员会强调，这些结构为创造具有特定功能的材料开启了前所未有的机遇。委员会主席海纳·林克将MOF的潜力比作《哈利·波特》中赫敏的“无底手袋”，能够在微小的体积内储存海量的气体。三位科学家的贡献为化学家们提供了解决全球紧迫问题的强大工具。MOF的实际应用范围极其广泛，它们是“绿色技术”发展的基石。这包括从稀薄的沙漠空气中高效提取水分（例如，MOF-303可以在夜间收集水蒸气），到捕获二氧化碳和安全储存氢气。此外，这些材料在分离轻质碳氢化合物混合物方面也具有关键作用，这对石油和天然气行业至关重要。它们还被用于药物输送，甚至通过吸收乙烯气体来延缓水果成熟。研究同时显示了它们在催化和传感器领域的巨大潜力。

尽管取得了巨大的成功，MOF在实现大规模普及的道路上仍面临工程挑战，例如如何确保其在吸收/释放循环中的耐久性，以及如何扩大生产规模。不过，许多研究人员相信，这些框架有望成为“二十一世纪的材料”，通过碳捕获和储存技术，为应对气候变化提供解决方案。三位获奖者共同分享了1100万瑞典克朗的奖金。对于这份至高荣誉，他们的反应各不相同：北川教授表示惊讶，罗布森教授提到了随之而来的喧嚣和困难，而亚吉教授则简洁地评论道，对于这样的时刻，人是无法提前做好准备的。他们的合作不仅彻底改变了材料化学，更赋予了人类塑造可持续未来的强大杠杆，证明了即使是原子结构中看似空虚的部分，也能蕴含巨大的机遇。