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2025诺贝尔化学奖，MOFs！分子结构中潜力无穷的化学空间

2025-10-13 20:30

来源：澎湃新闻·澎湃号·政务

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2025 年诺贝尔化学奖授予北川进、理查德·罗布森和奥马尔·亚吉，以表彰他们“开发金属有机框架”。

2025 年诺贝尔化学奖获得者创造了具有大空间的分子结构，气体和其他化学物质可以流过这些空间。这些结构是金属有机框架，可用于从沙漠空气中收集水、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·亚吉被授予 2025 年诺贝尔化学奖。他们开发了一种新形式的分子结构。在其结构中，金属离子充当由长有机（碳基）分子连接的基石。金属离子和分子一起组织形成包含大空腔的晶体。这些多孔材料称为金属有机框架（MOF）。通过改变 MOF 中使用的构建块，化学家可以设计它们来捕获和储存特定物质。MOF 还可以驱动化学反应或导电。

“金属有机框架具有巨大的潜力，为具有新功能的定制材料带来了前所未有的机会，” 诺贝尔化学委员会主席海纳·林克说。

这一切都始于 1989 年，当时理查德·罗布森（Richard Robson）以一种新的方式测试利用原子的固有特性。他将带正电荷的铜离子与四臂分子结合；它有一个化学基团，在每只臂的末端被铜离子所吸引。

当它们结合在一起时，它们结合形成一个井然有序、宽敞的晶体。它就像一颗充满无数空腔的钻石。罗布森立即认识到他的分子结构的潜力，但它不稳定并且很容易崩溃。

然而，北川进和奥马尔·亚吉为这种建筑方法奠定了坚实的基础; 1992年至2003年间，他们分别取得了一系列革命性的发现。

北川进表明气体可以流入和流出结构，并预测MOF可以变得灵活。

亚吉创造了一个非常稳定的MOF，并证明它可以使用合理的设计进行修改，从而赋予其新的和理想的特性。

继获奖者的突破性发现之后，化学家们已经制造了数以万计不同的 MOF。其中一些可能有助于解决人类面临的一些最大挑战，其应用包括从水中分离全氟和多氟烷基物质（PFAS：具有极强的化学稳定性和疏水性，广泛应用于工业和消费品领域，如不粘锅、消防泡沫、防水衣物和食品包装等。这类物质在环境中难以自然降解，被称为“永久性化学物质”，可通过水体、空气等途径污染环境并积累于生物体内，对人体健康存在潜在风险）、分解环境中的微量药物、捕获二氧化碳或从沙漠空气中收集水。