诺贝尔化学奖授予发明“超级海绵”材料的科学家

Susumu Kitagawa（北川进）、Omar Yaghi（奥马尔·亚吉）和Richard Robson（理查德·罗布森）因开发金属有机框架（metal-organic frameworks，简称MOFs）荣获2025年诺贝尔化学奖。这三位科学家分别来自日本京都大学、澳大利亚墨尔本大学和美国加州大学伯克利分校，将共同分享1100万瑞典克朗（约合120万美元）的奖金，以表彰他们发明了一种新型分子结构。由于MOFs具有极大的内部表面积，它们有望用于气体存储、催化反应、药物递送等多种应用。
诺贝尔奖委员会主席、瑞典隆德大学纳米物理学家Heiner Linke在宣布奖项的新闻发布会上表示：“今年的获奖者们找到了创造全新材料的方法，这类材料内部具有巨大的空腔。少量的这种材料几乎就像《哈利·波特》中赫敏的手袋——能在极小的体积中储存大量气体。”此后，化学家们已研发出超过10万种不同类型的MOFs，并设想了许多商业应用。Linke提到：“我们可以制造出能从空气中或工业排气管中分离二氧化碳的材料，或者用于从废水中分离有毒分子的材料。”瑞士洛桑联邦理工学院的化学家Wendy Queen则表示：“除了从基础化学角度从这些材料中学到很多知识外，我们已经看到一些应用正在涌现。”
北川进在宣布获奖时告诉记者，他从事这项研究不仅因为其对社会的潜在影响，也因为研究本身带来的纯粹乐趣。他说：“我深感荣幸，我长期的研究得到了认可。”亚吉在新闻发布会上表示，他是在机场等行李时接到斯德哥尔摩的电话的。“这样的时刻是无法准备的，”他说，“听到这个消息我既惊讶又高兴。”
MOF的概念最早由罗布森在20世纪80年代提出。受金刚石晶体结构（每个碳原子与另外四个碳原子结合）的启发，他和合作者Bernard Hoskins设计了一种由金字塔形模块构成的材料，其中铜原子通过有机分子连接[1,2]。20世纪90年代初，北川进开发出可以填充水的MOFs，并且这些材料足够稳定，即使随后被干燥并重新填充气体也不会被破坏。MOFs的一个关键特性是，填充其空隙的物质不会与框架结合得太牢固，这使得它们可以很容易地被取出。“能量学对这项技术非常重要，”北川进说。他还发现，这些框架的形状会根据是否被填充以及环境变化（如温度或光照）而改变[3]。
大约在同一时期，亚吉创造了“金属有机框架”这一术语[4]，并开发了带有羧酸盐基团的连接体，这有助于使结构更加稳定，即使在高达300摄氏度的温度下也能保持稳定。他还成功制备出具有立方结构的MOFs[5]以及连接体更长的MOFs，仅几克的固体粉末其内部表面积就相当于一个足球场。一种MOF的表面积可达每克7000平方米，大约相当于1.3个足球场，体积仅相当于蜷曲的食指和拇指之间的空间。澳大利亚阿德莱德大学的化学家Christian Doonan曾是亚吉团队的博士后研究员，他说：“人们立刻看到了将这些材料用于气体存储和分离的机会。”Doonan表示，亚吉的研究“发展了相关化学，使得可以将这些材料孔隙中的所有分子取出，而材料仍能保持永久性多孔。这才真正激发了无机化学这一狭窄领域之外人们的兴趣，让化学各个分支领域的研究者都产生了兴趣。”