2025年诺贝尔化学奖揭晓：三位科学家因开发金属有机框架（MOF）获奖

2025年10月8日，瑞典皇家科学院在斯德哥尔摩宣布，将本年度诺贝尔化学奖授予日本京都大学的北川进（Susumu Kitagawa）、澳大利亚墨尔本大学的理查德·罗布森（Richard Robson）以及美国加利福尼亚大学伯克利分校的奥马尔·M·亚吉（Omar M. Yaghi），以表彰他们“开发金属有机框架（MOF）”的突破性贡献。三位获奖者将平分1100万瑞典克朗（约合120万美元）的奖金。

一、MOF：改变世界的“分子建筑”

金属有机框架（MOF）是一类晶态多孔材料，其结构宛如“万能工匠”（Tinkertoy）拼装玩具——以金属离子或金属簇为“节点”，有机分子为“连接臂”，组装成规则的三维晶体结构。这种独特结构赋予MOF极高的比表面积：一块方糖大小的MOF展开后，面积可相当于一个足球场。

通过调整有机和无机组分、添加其他分子，科学家能定制出功能各异的MOF。目前已开发出超10万种MOF结构，且新结构仍在不断涌现。其多孔性、稳定性与多功能性，使其成为解决全球关键问题的“利器”，应用场景涵盖：

• 环境领域：从干旱沙漠空气中收集水分、捕获烟道气或空气中的二氧化碳、去除水中的全氟和多氟烷基物质（PFAS）等污染物；

• 能源领域：储存氢气，助力清洁能源应用；

• 工业领域：用作电池隔膜、电极材料，或作为化学合成催化剂。

二、MOF的研发历程：从突破到实用

长期以来，将有机与无机构建单元组装成结构规整的材料是化学领域的难题，三位获奖者的研究逐步攻克了这一挑战，为MOF的实际应用奠定基础：

1. 罗布森的开创性探索（20世纪80年代末）：受钻石结构启发，他发现用铜离子与四面体结构的腈类分子可组装出多孔、规整的材料。尽管当时合成的材料质地脆弱、易坍塌，但这一发现为MOF研究打开了大门。

2. 北川进的稳定性突破（20世纪90年代初）：通过组合不同有机和无机组分，他设计出结构复杂且稳定的MOF，可实现氧气、氮气、甲烷等气体的吸附与释放，并预言了柔性MOF材料的制备可能，证明了MOF的实用潜力。

3. 亚吉的技术革新与推广（1995年起）：他报道了首例以带电羧酸盐为连接体的MOF合成方法，提出“框架化学（reticular chemistry）”理论，并用该方法制备出迄今孔径最大的MOF；同时，他还合成出共价有机框架（COF），进一步拓展了框架材料家族。此外，亚吉积极推动MOF商业化，其实验室孵化的多家公司已将MOF技术落地，例如在干旱地区提取饮用水。

三、MOF的行业影响与未来

MOF的研发不仅体现了有机化学与无机化学结合的潜力，更催生了全新的材料研究方向。美国化学会（ACS）主席多乐茜·菲利普斯评价：“此次颁奖彰显了化学学科最强大的优势——设计和构建分子结构的能力，也体现了长期协作研究的价值，成果绝非一蹴而就。”

工业界对MOF的关注度持续升温。例如，努马特公司（Numat）已深耕MOF工业应用12年，其首席执行官本·埃尔南德斯认为，MOF是“可设计、可编程的材料，设计过程如同编写软件”，能应对从气候变化到半导体制造的各类挑战，是“化学学科一代一遇的全新研究方向”。随着技术不断成熟，MOF的影响力有望在未来几年进一步扩大，为解决全球资源、能源与环境问题提供更多创新方案。