证星策略金属有机框架具有巨大的潜力！三位诺贝尔化学奖得主带来一场材料学革命

当地时间10月8日，瑞典皇家科学院决定将2025年诺贝尔化学奖授予北川进、理查德·罗布森以及奥马尔·M·亚吉三位科学家，以表彰其在金属有机骨架开发领域的贡献。三位获奖者将平分1100万瑞典克朗（约合836万元人民币）奖金。

2025年诺贝尔化学奖获得者们创造了具有广阔内部空间的分子构造体，气体及其他化学物质可在其中自由流动。这种名为“金属有机框架”（MOF）的材料，能够从沙漠空气中收集水分、捕获二氧化碳、储存有毒气体或催化化学反应。

北川进、理查德·罗布森和奥马尔·亚吉开创了一种全新的分子建筑形式：以金属离子为基石证星策略，通过长链有机（含碳）分子将其联结，共同构成含有大量空腔的晶体结构。这类多孔材料被称为金属有机框架。通过改变MOF中使用的建筑单元，化学家可设计出能选择性捕获并储存特定物质的材料。MOF还能驱动化学反应或导电。

诺贝尔化学委员会主席海纳·林克（Heiner Linke）表示：“金属有机框架具有巨大潜力，为定制化新材料带来了前所未有的机遇，赋予其全新功能。”

这一切始于1989年——当时理查德·罗布森尝试以新方式利用原子的固有特性。他将带正电的铜离子与四臂状分子结合，该分子每条臂末端均带有可吸附铜离子的化学基团。二者结合后形成了排列有序且空间宽敞的晶体结构，宛如布满无数空腔的钻石。

罗布森立即意识到这种分子构造的潜力，但其稳定性不足且易坍塌。然而，北川进与奥马尔·亚吉为这一建造方法奠定了坚实基础：在1992至2003年间，他们各自取得一系列革命性突破。北川证明气体可在构造体内自由进出，并预言MOF可实现柔性化；亚吉则创造出高度稳定的MOF，并展示通过理性设计对其改性以赋予新特性的方法。

基于获奖者的开创性发现，化学家已构建出数万种不同的MOF。其中部分材料有望助力解决人类面临的重大挑战，应用领域涵盖：从水中分离全氟烷基物质（PFAS）、降解环境中的药物残留、捕获二氧化碳，乃至从沙漠空气中提取水资源等。

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