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（Susumu Kitagawa）、理查德·罗布森（Richard Robson）以及奥马尔·M·亚吉（Omar M. Yaghi）三位科学家，以表彰其在金属有机骨架开发领域的贡献。获奖者将平分1100万瑞典克朗（约合836万元人民币）奖金。

曾经的冷门研究，终于成为诺奖热门

北川进、理查德·罗布森和奥马尔·M·亚吉荣获2025年诺贝尔化学奖，关键在于他们创造了第一批金属有机框架（MOF），并展示了其巨大的潜力。然而，MOF在诞生之初，被视为科研圈的“边角料”，并不被人看好。

1989年，理查德·罗布森通过铜离子与四臂分子的结合构造出具有空腔的晶体结构。在20世纪90年代，北川进从事MOF研究，也发现了具有内部空腔的二维材料。然而，这些研究成果因其稳定性不佳、功能性不明，并未受到广泛重视。

直到1997年，北川进发现配位聚合物结构具有气体吸附性能，并在1998年发表文章指出MOF具有多项优势——它们可以由多种不同类型的分子构建，因此具有整合不同功能的巨大潜力。特别是，MOF由柔性的分子构件组成，从而能够形成可弯曲的材料。

与此同时，一位来自约旦的化学家奥马尔·M·亚吉，正在美国从事MOF研究，他将分子结构设计推向新的高度。亚吉15岁来到美国求学，但他从未忘记家乡缺水之苦，他希望通过化学手段来解决。他说：“我当时想既然地球上有极度缺水的干旱地区，也有水资源充足的地方。那么假如设计出一种材料，把干旱地区或低湿度地区的水提取出来，必将是一个好主意。”

1999年，亚吉推出了MOF发展史上的下一个里程碑——MOF-5。它是一种极其宽敞且稳定的分子构筑物，即使在空置状态下加热至300°C，也不会坍塌。此时，化学界终于认识到MOF的巨大潜力。

后来，亚吉团队以MOF为核心部件设计的水收集器，终于让沙漠中空气汲水成为现实——平均每公斤MOF每天能从低湿度空气中抽取超过1.3升水，超过维持生命所需的最低限度。即便在极端干燥的环境下，该设备也能在7%的相对湿度和超过27摄氏度的温度下，每公斤MOF每天仍能产生0.2升的水。

如今，该类材料已经在众多领域展现出应用潜力。从2020年开始，MOF研究领域诞生诺奖的呼声一直很高，直到今年，这3位科学家终于因MOF的研究获奖。

南大教授解读诺奖金属有机框架应用前景

金属有机框架原理是什么？目前应用方向和场景有哪些？

南京大学化学化工学院教授、博士生导师袁帅介绍，MOF是由金属离子、有机配体通过配位键联结形成的三维框架机构，所以叫作“金属有机框架”。“大家可以把有机物理解为木棍，把金属离子理解为积木的联结点，有机物和金属离子搭建起来就是三维框架。这种材料既然是三维框架，就会有孔，可以吸附气体，从而产生两个大方向的应用，一种是用于气体存储，一种是用于气体的分离。”

以能源气体如氢气、甲烷存储为例，常见存储方式是用类似于液化气罐的钢瓶来存储，通过施加压力或者降温，才能在有限空间里存储更多的气体。而如果把MOF材料丢入钢瓶后，就可以在相同压力和温度下储存更多气体。

另外一个应用是气体分离。袁帅教授进一步介绍，金属有机框架多孔材料，对不同大小、性质的气体会有不同吸附作用，有可能吸附一种气体，对另一种气体不能吸附，这样就可以把不同气体分开。吸附分离相对工业中蒸馏分离方式能耗要小。这是MOF最早发明出来的两大应用方向。后来，人们又将金属有机框架材料应用于催化，在许多反应中，需要一个“控制环境”才能高效反应。MOF材料的孔可以做这样的“微型反应室”。因此“金属有机框架”可以应用于气体存储、分离和催化。

现在MOF还没有大规模应用场景，但国内外不少专家已经尝试将金属有机框架材料应用于贴近生活的场景中，例如用MOF捕捉工业废气中的二氧化碳，然后再释放出来储存或处理，从而减缓气候变化。

现代快报/现代+记者 戴明夷 是钟寅