诺贝尔化学奖获奖主题 - 2024年诺贝尔化学奖授予日本科学家北川进、澳大利亚科学家理查德·罗布森和美籍约旦科学家奥马尔·亚吉，以表彰他们在金属有机框架材料开发方面的开创性贡献 [1] 行业技术起源与发展 - 1974年理查德·罗布森在制作分子模型时产生灵感，设想让原子或分子自行连接构建新的分子建筑 [2] - 1989年罗布森团队首次合成出含大量空腔的规则三维晶体结构，并预言这类材料将赋予材料前所未有的性质 [2] - 罗布森陆续合成出多种含空腔的分子网络，展示了可按需设计的分子晶体，并提出其可用作催化剂 [2] 材料科学基础奠定 - 20世纪90年代北川进团队构建出二维分子材料，其空腔可容纳丙酮分子，代表了一种全新的分子设计思维 [3] - 1997年北川进团队用钴、镍、锌离子与有机分子搭建出三维MOF结构，形成交错的空腔通道，去除水后孔洞仍稳定，可吸附释放甲烷、氧气、氮气等气体 [3] - MOF材料相比传统多孔沸石具有功能可定制、材料柔韧能如呼吸般吸附释放气体的优势，这一定义奠定了其科学基础 [3] 材料命名与性能突破 - 1995年奥马尔·亚吉正式提出金属有机框架这一名称，定义了由金属节点和有机配体组成的晶体结构 [4] - 1999年亚吉研发出MOF-5，该材料极其稳定，在300℃高温下也不会坍塌，几克MOF-5的内部总面积相当于一个足球场，远超传统沸石 [4] - 亚吉团队扩展了MOF家族，创造出十几种变体，用于储存甲烷、捕获二氧化碳，甚至在沙漠中实现空中取水 [4] 行业应用前景 - 目前科学家已设计出数以万计的MOF材料，应用领域包括碳捕集、空气净化、药物递送、能源存储等 [4] - MOF材料在半导体制造中被用于捕获或分解剧毒气体 [4] - 部分科学家认为MOF潜力巨大，有望成为21世纪的材料 [4]