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2025年诺贝尔揭晓，三位科学家改写材料史，开创金属有机框架获奖

十大品牌 2025年10月10日 17:50 1 admin

斯德哥尔摩时间2025年10月8日，瑞典皇家科学院直接官宣了当年诺贝尔化学奖的得主。

日本京都大学的SusumuKitagawa、澳大利亚墨尔本大学的RichardRobson，还有美国加州大学伯克利分校的OmarM.Yaghi，这三个人因为搞“金属有机框架（MOFs）”出了名，就一起拿了这个奖，还能平分1100万瑞典克朗的奖金。

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这东西听着有点玄乎，但说白了就是用金属离子和有机分子搭出来的“分子小房子”，现在看来，对解决气候变化、污染、能源储存这些麻烦事儿还挺有用。

本来想先讲这东西多厉害，后来发现要搞懂MOFs，得先从最开始的人说起。

第一位是RichardRobson，他的灵感来源说出来你可能不信，居然是教学用的模型。

1974年的时候，Robson还在墨尔本大学教书。

有天要准备化学课，得用木球和木棒搭分子模型，木球代表原子，木棒代表化学键。

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他特意让学校工坊在木球上按原子成键的规律钻孔，孔位不能乱，不然模型就错了。

等工坊把木球送回来，他组装的时候突然反应过来，就靠孔位设计，模型自己就能摆出正确形状。

这一下就让他琢磨开了，要是不用单个原子，改用原子的特性去连不同分子，能不能搭出从没见过的“分子建筑”？

从木球到晶体，MOF的“第一粒种子”怎么来的

这个想法在Robson脑子里搁了十多年。

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每年教学生搭模型，他都会想起这个事儿，但一直没敢动手。

直到上世纪八十年代末，他才决定试试。

他盯着钻石的结构找灵感，钻石里每个碳原子都连四个其他碳原子，特别稳定。

Robson就想，用带正电的铜离子代替碳原子，再找个有四条“胳膊”的分子当连接的杆儿。

那个分子叫4',4'',4''',4⁗-四氰基四苯甲烷，每条“胳膊”末端都有个能被铜离子吸引的基团。

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当时不少化学家都觉得，把铜离子和这分子混一起，肯定是一团乱麻。

结果偏偏出乎所有人意料，它们自己就排成了规则的晶体，而且晶体里面还有好多空地方。

1989年，Robson把这成果发在了《美国化学会志》上，还在论文里说这可能是种做新材料的新办法。

现在回头看，这步走得挺关键，但当时这“分子小房子”有个大问题，太脆了，把里面填的分子去掉，它就塌了。

所以好多人都不看好，觉得不如已经能用的沸石材料实在。

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Robson虽然开了头，但MOFs要往前推，还得有人解决“脆”的问题。

这时候，远在日本的SusumuKitagawa接过了这根“接力棒”。

Kitagawa搞研究的想法挺特别，受了日本第一个诺奖得主汤川秀树的影响，而汤川秀树又喜欢提庄子的“无用之用，方为大用”。

这种理念在科研里挺难得，毕竟一开始没人觉得MOFs有用，能坚持下来真不容易。

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1992年，Kitagawa先做了个简单的MOF，是个二维的网络结构，用了铜离子、吡嗪这些东西，里面的空能装丙酮分子。

但这东西还是不行，不稳定，没什么实际用。

到1997年，他才算有了真突破。

他换了钴、镍或者锌离子，又用了4,4'-联吡啶当连接的杆儿，最后做出了一种“舌槽式”的三维结构，就像舌头卡进槽里那样，一层一层叠着。

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最关键的是，把这结构里的水分子去掉，它也不塌，还能在室温下吸进放出甲烷、氮气这些气体。

这可是MOFs第一次显出实用的本事，不再只是实验室里看个新鲜的东西了。

可就算这样，还是没人愿意给钱支持他研究。

当时大家都用沸石，这东西稳定，工业上早就用来分离气体、催化反应了。

凭什么要花功夫搞MOFs？Kitagawa也明白，得说清楚MOFs到底好在哪。

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1998年，他写了篇文章发在《日本化学会会报》上，把MOFs的优势讲透了，一是能组合的金属和有机分子太多了，能搭出各种不一样的结构；二是它不像沸石那么硬脆，有柔性，能跟着外界变化调整。

他还把MOFs分了三代，从最开始的不稳定，到后来的稳定吸附，再到能“变形”的“软多孔晶体”。

后来证明，他这想法没跑偏，不少团队都做出了能变形的MOFs。

MOFs的理论和柔性问题解决了，但要真能用在实际里，还得解决稳定和能精准设计的问题。

这事儿，就落到了美国的OmarM.Yaghi身上。

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Yaghi的出身挺不容易，生在约旦安曼的一个家庭，连水电都常缺。

对他来说，搞科学就是为了摆脱穷日子。

他以前特别烦传统化学的“一锅烩”，不知道最后能做出啥，就想能不能像搭积木一样，按想法精准做出材料。

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1995年，Yaghi在《自然》上发了篇论文，说了一种稳定的二维MOF结构，还第一次用了“金属有机框架（MOFs）”这个词。

以前大家叫这东西的名字特别乱，有了这个词，研究起来才算有个统一的说法。

到1999年，他做出的MOF-5才算真的震动了化学界。

这东西太稳定了，在真空里加热到300℃都不散架。

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而且它里面的表面积大得吓人，几克粉末展开的面积，差不多能有个标准足球场那么大，比当时最好的沸石还强不少。

从实验室到生活，MOFs现在能做啥？

Yaghi没停在这，还提出了“网状化学”的理论。

简单说，就是换不同长度、不同功能的“连接杆”，就能在保持整体结构不变的情况下，精准调整MOFs里面空的大小和化学环境。

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这一下就让MOFs的合成从“瞎碰”变成了“按图施工”，效率高多了。

现在MOFs已经开始走出实验室，用在实际里了。

Yaghi的团队跟美国亚利桑那州的企业合作，搞了个空气制水的装置，晚上用MOFs吸空气中的水蒸气，白天晒太阳加热就放出纯水，一天能出50升水，对干旱地方太有用了。

加拿大还有家石化企业在测试一种叫CALF-20的MOF，吸二氧化碳的本事特别强，还能反复用，比以前的方法便宜不少。

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在氢能源方面，他们优化的NU-1501MOF，能在常压下安全存氢气，对氢能源汽车来说是个大好事。

当然，MOFs现在也有麻烦。

一是贵，有些用来连接的有机分子不好做，几克就要几百美元；二是不好大规模生产，实验室里做几克还行，要做几吨，结构就容易不均匀；三是长期稳定还得再看看，有些MOFs在潮湿或者酸性环境下容易坏。

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现在回头看，这三位科学家拿诺奖真不意外。

他们没盯着现成的热门领域，反而从没人看好的“分子建筑”里挖出了宝。

Robson从教学模型里找灵感，Kitagawa顶着质疑坚持搞柔性研究，Yaghi想着用“搭积木”的方式做材料，每个人都踩对了关键的一步。

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虽然MOFs现在还没完全普及，但谁知道未来会不会帮我们解决更多难题呢？毕竟，很多改变世界的发明，一开始都被当成“没用的东西”。

这大概就是科研的有意思之处，你永远不知道当下的“无用”，未来会有多大的用。

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