如果一名房地产中介负责推销分子世界的房产，他或许会说："这是一间宽敞明亮、专为水分子量身定 制的单身公寓。" 此外，与多孔沸石相比，MOF可由多种金属和有机分子构建，功能可定制，并且材料柔韧，能如呼吸 般吸附和释放气体。这一定义奠定了MOF的科学基础。 为分子积木命名并赋予力量 在大洋彼岸，来自约旦的奥马尔·亚吉在美国延续并拓展了这一理念。 这样的"房子"确实存在。它们是由科学家精心设计的分子建筑——金属有机框架（MOF）。今年，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MOF材料开发方面的开创性贡献。 化学课上的"分子建筑"灵感 1974年，澳大利亚墨尔本大学的理查德·罗布森正在为课堂制作分子模型。他用木球代表原子、木棒代 表化学键。摆弄间，他灵光一现：如果能像拼积木一样，让原子或分子依照其化学特性自行连接，能否 构建出新的"分子建筑"？ 十多年后，他终于动手验证这一想法。罗布森将带正电的铜离子与四臂分子相结合，结果这些分子像钻 石晶格一样自组装成规则的三维晶体结构，而且这种晶体内部竟有大量空腔。1989年，他在《美国化学 会志》上发表论文， ...

获奖者与获奖成果 - 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，以表彰他们对金属-有机框架发展的贡献 [1] - 三位获奖者创造了一种具有巨大空间的分子结构，使气体和其他化学物质能够在其中流动，这种结构被称为金属有机框架 [2] - 在他们的设计中，金属离子充当"角石"，由长链有机分子相互连接，共同组装成具有大量空腔的晶体结构 [2] - 诺贝尔化学奖评审委员会主席海纳·林克表示，金属有机框架具有巨大的潜力，为定制化的新功能材料带来了前所未有的可能性 [2] MOF材料的核心特性与设计原理 - MOF的核心在于利用金属离子作为连接中心，引导有机配体精确组装形成具有高度有序性的多孔晶体结构 [3] - 通过改变MOF所采用的构筑单元，化学家可以定向设计出能够捕获和储存特定物质的材料 [2] - MOF材料在惰性气氛下经过高温热解处理后，其结构会发生定向塌陷，得到具有特殊形貌和高比表面积的碳基材料 [3] - MOF材料确保了金属离子在碳骨架中的原子级均匀分散或均匀掺杂，使获得的衍生碳材料在储能化学等领域展现出独特优势 [3] - 与通常呈刚性结构的沸石不同，MOFs由柔性分子单元构成，能形成可塑性材料，其行为很像一对"会呼吸的肺" [31][36] MOF材料的关键应用领域 - MOF可用于从沙漠空气中提取水分、捕获二氧化碳、储存有毒气体，或催化化学反应 [2] - 在能源领域，MOF最大的应用价值体现在其作为碳材料和掺杂碳材料的理想模板 [3] - 电子工业已利用MOF材料储存用于半导体制造的有毒气体，另有特定MOF可降解包括化学武器成分在内的有害气体 [41] - 多家公司正在测试可从工厂与发电站废气中捕获二氧化碳的MOF材料，以降低温室气体排放 [41] - 奥马尔·亚吉的研究团队用MOFs在亚利桑那沙漠中成功实现了"收集饮用水"：夜间材料从空气中捕获水蒸气，白天阳光加热后即释放出可收集的液态水 [39] - 亚吉提出一种MOF变体可用于储存大量甲烷气体，这种材料可用于使用压缩天然气燃料的车辆 [39] MOF材料的发展历程与商业化前景 - 基于三位获奖者的工作，全球化学家如今已设计出数万种功能各异的MOF材料 [17] - 理查德·罗布森在1989年发表了突破性的化学发现，他在文中展望未来，指出这项发现或许能为材料构建开辟全新路径 [22] - 1995年，奥马尔·亚吉在《自然》杂志的论文中首次提出"金属-有机框架"这一术语来描述这种材料 [34] - 1999年奥马尔·亚吉发表的MOF-5材料成为了该领域的经典之作，仅仅几克MOF-5的内部表面积就相当于一个足球场 [35][36] - 许多公司已开始投资MOF的规模化生产与商业化，部分领域已取得实质性进展 [41] - 一些研究人员确信金属有机框架蕴藏着巨大的应用潜力，有望成为二十一世纪的代表性材料 [43]

这样的"房子"确实存在。它们是由科学家精心设计的分子建筑——金属有机框架（MOF）。今年，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·罗布森和美国科学家奥马尔·亚吉，以表彰 他们在MOF材料开发方面的开创性贡献。 这种新型分子结构内部拥有大量空腔，分子可在其中自由进出。得益于三位科学家的工作，化学家如今 已能设计出数以万计的不同MOF，为化学领域带来一连串"奇迹"。 理查德·罗布森："分子建筑"灵感源自一节化学课 来源：科技日报 记者 张佳欣 如果一名房地产中介负责推销分子世界的房产，他或许会说："这是一间宽敞明亮、专为水分子量身定 制的单身公寓。" 科学发现常始于"跳出框架"的思考。2025年诺贝尔化学奖的故事，源自一节普通的化学课准备。 理查德·罗布森的灵感来源于钻石的结构，钻石中的每个碳原子都与其他四个碳原子连接，形成金字塔 状的结构。 此后，罗布森陆续合成出多种含空腔的分子网络，并证明这些结构内部的离子可以互换，从而让物质进 出。他展示了可按需设计的分子晶体，并提出这种材料可用作催化剂。尽管早期材料脆弱、易分解，被 认为"没用"，但罗布森已打开了"分子建筑"的大门。 北川进：让"无用之物 ...

瑞典皇家科学院宣布，2025年诺贝尔化学奖授予京都大学教授北川进（Susumu Kitagawa）、理查德·罗 布森（Richard Robson）和奥马尔·亚吉（Omar Yaghi ），表彰他们在金属有机框架发展方面的贡献。 北川进（Susumu Kitagawa）是日本第27个自然科学奖得主（含三位美籍）。今年，Shimon Sakaguchi 因其在外周免疫耐受方面的开创性发现，刚刚荣获 2025 年诺贝尔生理学或医学奖。 诺贝尔化学奖委员会主席海纳·林克表示：金属有机框架具有巨大的潜力，为定制具有新功能的材料带 来了以前无法预见的机会。 虽然基于分子间结构特异性相互作用（1987年诺贝尔化学奖）的超分子化学和分子机器（2016年诺贝尔 化学奖）研究了分子间的特定作用和组装，这些组装大多基于氢键、范德华力等弱相互作用，类似于生 命体内结构的组装。把更强的相互作用（例如金属-配体的配位作用和有机共价作用）引入到体系内需 要对化学合成更高层次的精准把控，也需要对已有化学理论和概念进行突破。 奥马尔·亚吉（Omar Yaghi ） 奥马尔·亚吉（Omar Yaghi），于1965年生于约旦首都安曼，美籍约旦 ...