作者：李宝珠

编辑：椰椰

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2025 年诺贝尔化学主要表彰金属有机框架（MOF）研究领域的先驱。


刚刚，2025 年诺贝尔化学奖授予 Susumu Kitagawa、Richard Robson 以及 Omar M. Yaghi，表彰其为金属有机框架（MOF）发展作出的贡献。

其中，Susumu Kitagawa 于 1951 年生于日本京都，1979 年获日本京都大学博士学位，现任京都大学教授。Richard Robson 于 1937 年生于英国格拉斯本，1962 年获英国牛津大学博士学位，现任澳大利亚墨尔本大学教授。Omar M. Yaghi 于 1965 年生于约旦安曼，1990 年获美国伊利诺伊大学厄巴纳–香槟分校博士学位，现任美国加州大学伯克利分校教授。

金属有机框架（Metal-Organic Frameworks，MOF）可用于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。Susumu Kitagawa、Richard Robson 和 Omar Yaghi 因在这一全新分子结构领域的开创性贡献，荣获 2025 年诺贝尔化学奖。他们发展出一种全新的分子架构形式，在这种结构中，金属离子充当「基石」，通过长链有机（以碳为基础的）分子相互连接。金属离子与有机分子共同构成了具有大量空腔的晶体。这类多孔材料被称为金属有机框架（MOF）。通过改变 MOF 的构建单元，化学家可以「定制」其性能，使其能够选择性地捕获或储存特定物质。MOF 还可用作催化剂或导电材料。

「金属有机框架具有巨大的潜力，为人类带来了前所未有的、可定制的新功能材料机遇。」——诺贝尔化学奖评审委员会主席 Heiner Linke 介绍道。


这一研究的起点可追溯至 1989 年，当时 Richard Robson 尝试以一种全新的方式利用原子的固有特性。他将带正电的铜离子与一种四臂分子结合——该分子每条「臂」的末端都带有能吸引铜离子的化学基团。两者结合后，形成了结构有序、空间宽敞的晶体，就像一个充满无数空腔的钻石。


Robson 立即意识到了这种分子结构的潜力，但其早期产物并不稳定，容易坍塌。此后，Susumu Kitagawa 和 Omar Yaghi 为这种构筑方法奠定了坚实基础。1992 至 2003 年间，两人分别取得了一系列革命性成果——Susumu Kitagawa 发现气体能够在这种结构中自由进出，并预言 MOF 可具备可调节的柔性；Omar Yaghi 则合成出一种极为稳定的 MOF，并展示了其可以通过理性设计进行修饰，从而赋予材料新的理想特性。

在三位获奖者的奠基性发现之后，化学家们已经合成出数以万计的不同 MOF 材料。这些材料有望帮助人类应对多项重大挑战，包括从水中分离全氟化合物（PFAS）、分解环境中药物残留、捕获二氧化碳，以及从沙漠空气中提取水分等。


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