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【导语】2025 年 10 月 8 日，瑞典皇家科学院将诺贝尔化学奖授予北川(chuān)进(jìn)、理查德·罗布森、奥马尔·M.亚吉三位科学家，表彰其在金属有机框架（MOF）领域的贡献。此前，AI与交叉学科研究受诺奖青睐，此次MOF材料获奖回归纯粹化学创新。从罗布森备课萌发灵感，到北川进、亚吉在质疑中坚守，MOF材料不仅展现科研勇气，更在应对气候(hou)变(biàn)化、淡水短缺等方面潜力巨大，而中国也在其产业化进程中扮演关键角色。

2025年诺贝尔化学奖得主的照片，图片来源：诺奖官网

2025 年 10 月 8 日北京时间 17 时 45 分，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，日本）、理查德·罗布森(sēn) （Richard Robson，英(yīng)国(guó)）、奥(ào)马(mǎ)尔(ěr)·M.亚(yà)吉（Omar M. Yaghi，约旦裔美国籍）三位科学家，以表彰他们在金属有机框架（metal-organic framework，MOF）领域所做出的贡献。

是你在开奖前(qián)看(kàn)好(hǎo)的学者与研究领域吗(ma)？在(zài)我(wǒ)们(men)之(zhī)前(qián)发布的2025年诺贝尔化学(xué)奖(jiǎng)预(yù)测文章里，这三位获奖者中的两位，被准确预测到了！https://cloud.kepuchina.cn/newSearch/imgText?id=7373508630786715648

由于2024年的诺贝尔化学奖与诺贝尔物理学奖都授予了与AI相关的研究，而近几年的诺贝尔化学奖又频繁偏向与生物学、物理学等交叉的领域，因此在今年的获奖者名单揭晓之前，许多学者便已经展开热烈(liè)讨(tǎo)论(lùn)，他(tā)们(men)好(hǎo)奇(qí)今(jīn)年(nián)的(de)诺(nuò)贝(bèi)尔(ěr)化(huà)学(xué)奖(jiǎng)究(jiū)竟(jìng)是(shì)会(huì)继(jì)续(xù)青(qīng)睐(lài)那(nà)些(xiē)“听(tīng)起(qǐ)来(lái)不(bù)太(tài)化(huà)学(xué)”的(de)跨(kuà)学(xué)科(kē)研(yán)究(jiū)？还(hái)是(shì)会(huì)回(huí)归(guī)更(gèng)加(jiā)传(chuán)统(tǒng)与(yǔ)纯(chún)粹(cuì)的(de)化(huà)学(xué)领(lǐng)域？

如(rú)今(jīn)答(dá)案(àn)已(yǐ)经(jīng)揭晓。此次获奖的金属有机框架（MOF）材料虽然与材料科学领域存在交叉，但它的核心仍然是一项极为纯粹的化学创新。更可贵的是，该领域研究的“源头之光”——理查德·罗布(bù)森(sēn)同(tóng)样(yàng)获(huò)得(de)了(le)奖(jiǎng)项。这体现了诺贝尔奖评定中对于学术原创(chuàng)精(jīng)神的尊重与肯定！

评奖现场的照片，图片来源：央视新闻

他们的获奖同时也彰显了一个事实(shí)：即(jí)便(biàn)在(zài)如(rú)今(jīn)AI浪潮与交叉学科盛行的时代背景下，较为纯粹与传统的化学研究同样能够取得卓越成就。今年的获奖成果，尤其展示了传统化学家所独有的审美、锐敏的洞察和务实的开拓！

化学家的纯粹与浪漫——像搭“乐高积木”一样制造新材料

当下快节奏的生活似乎让人们忘记了许多淳朴的浪漫，以科学为例，它其实从来都不只是冰冷的数据与公式，或是对眼下生产效率的短暂追求。科学方面的工作，在本质上也是一种对美的持续创造，它源自人类对自然规律与秩序的由衷好奇与执着探索。

许多伟大的科学研究，其最初的灵感，都源自于对探究自然规律的热爱，以及学者基于自身学识、性格、经历等，所培养出的独特审美与品位。

比如，本次获奖者之一的理查德·罗布森，他开创这项伟大研究的灵感起源，其实是最基本的教学备课手工活。

1974年，在澳大利亚墨尔本大学内，理查德·罗布森当时正为了备课，而在用木球和木棍制作原子模型。这种模型是化学课堂上常见的教学工具，其中的木球代表原子，用来连接木球的木棍则代表化学键。

而就在那时，罗布森突然意识到——这种模型中所预设的连接孔洞的位置和角度其实蕴含着原子成键规律！这让他萌生出一个大胆的设想。能不能利用这种规律，让人们像拼积木一样，用原子固有的成键特性来连(lián)接(jiē)不(bù)同(tóng)类(lèi)型(xíng)的(de)分(fēn)子(zi)（而(ér)非(fēi)单(dān)个(gè)原(yuán)子(zi)），从(cóng)而(ér)创(chuàng)造(zào)出(chū)全新(xīn)类(lèi)型(xíng)的(de)分(fēn)子(zi)结(jié)构(gòu)呢(ne)？

直(zhí)到十多年后，他才终于动手实现了这个想法。受钻石晶体结构启发，罗布森用带正电的铜离子（Cu⁺）取代碳原子，去与一种“四臂有机分子”结合。这就好像(xiàng)我(wǒ)们(men)拼(pīn)乐(lè)高(gāo)积(jī)木(mù)时(shí)，只(zhǐ)要(yào)看(kàn)准(zhǔn)接(jiē)口(kǒu)，就(jiù)可(kě)以(yǐ)较(jiào)为(wèi)随(suí)意(yì)地(de)去(qù)尝(cháng)试(shì)不(bù)同(tóng)的(de)拼(pīn)搭(dā)。

理(lǐ)查(chá)德(dé)·罗(luō)布(bù)森(sēn)利(lì)用(yòng)铜(tóng)离(lí)子(zi)和(hé)一(yī)个(gè)带有四条臂的分子做出的有序且蕴含大量空腔的晶体，图片来源：诺奖官网

然而对于这样的尝试，当时的多数化学家却并不看好。他们认为这种“胡搭乱造”会生成乱糟糟的混合物。而出乎他们预料的是，离子与分子间的相互作用（引力）引导让这个拼搭过程高度有序，最终形成的竟然是规整的晶体结构，并且其中蕴含着大量空腔！

那时候在自己发表的论文中，罗布森还曾预言，这种拥有前所未有特性的材料必定蕴含着巨大的应用潜力！从如今的结果来看，他当初的判断果真极具前瞻性！

化学家的坚定与坚持——在不被看好的“废料场”中寻宝

在如今这个“信息爆炸”的时代，我们似乎总急着去追逐一个又一个新热点，时刻害怕被潮流抛在身后。但可别忘了，许多惊艳人类文明(míng)的(de)重(zhòng)大(dà)科(kē)学(xué)发(fā)现(xiàn)与(yǔ)研(yán)究(jiū)，其(qí)实(shí)都(dōu)曾(céng)一(yī)度(dù)被(bèi)埋(mái)没(méi)在(zài)不(bù)被(bèi)看(kàn)好(hǎo)的(de)“废(fèi)料(liào)场(chǎng)”里(lǐ)。
“从(cóng)废(fèi)品(pǐn)中(zhōng)寻(xún)到(dào)宝(bǎo)”需(xū)要(yào)独(dú)到(dào)的(de)眼(yǎn)光(guāng)与(yǔ)质(zhì)疑(yí)精(jīng)神(shén)，拾(shi)起(qǐ)被(bèi)别(bié)人所认定的废料需要一定的勇气，而凭借自身的学识与研究，去将“废品”一点点地修复、升级、改装为精品，则更需要长久的坚守与坚定的毅力。尽管在揭示了分子结构可以“自发搭建”的可能性后，理查德·罗布森又继续探索出了这些新型晶体的更多奇异性能，并非常有前瞻性地指出，经过精准、理性设计的新型分子结构或将被用于催化化学反应。但由于这些早期的构造物并不十分稳定，普遍较为容易分解。所以当时学界的许多化学家还是将其视为无用之作。

然而就在大多数人对这个研究领域摇着头，转身离开时，却又有具备质疑精神的孤勇者看见了这片“废料场”中闪烁的微光。

这就是另一位获奖者北川进，他秉持着中国古代哲学家庄子那 “无用之用”的智慧，勇敢地动手“挖掘”起这种在彼时似乎显得极为无用的多孔分子结构的潜在价值。

面对申请经费被拒绝、诸多提案遭冷落的困境，他从未放弃。终于，在1997年，他制备出第一种结构较为稳定、可吸附气体的三维金属有机框架。它能像海绵一样吸入和释放甲烷、氧气和氮气。

1997年，北川进成功制备出较为稳定的金属有机框架材料，图片来源：诺奖官网

然而，对于北川进的研究成果，诸多资助方仍不买账(zhàng)，他(tā)们(men)认(rèn)为(wèi)明(míng)明(míng)有(yǒu)性(xìng)能(néng)更(gèng)优(yōu)的(de)材(cái)料(liào)也(yě)可(kě)以(yǐ)实(shí)现(xiàn)类(lèi)似(shì)的(de)功(gōng)能(néng)。这(zhè)终(zhōng)于(yú)激(jī)发(fā)北(běi)川(chuān)进(jìn)下(xià)定(dìng)决(jué)心(xīn)去(qù)探(tàn)索(suǒ)金(jīn)属(shǔ)有(yǒu)机(jī)框(kuāng)架(jià)材(cái)料(liào)的(de)更(gèng)多(duō)价(jià)值(zhí)。

他(tā)在(zài)1998年(nián)的(de)《日(rì)本(běn)化(huà)学(xué)会(huì)会(huì)报(bào)》中(zhōng)列(liè)举(jǔ)了(le)MOF的(de)多(duō)种(zhǒng)优(yōu)势(shì)，比(bǐ)如(rú)其(qí)可(kě)通(tōng)过(guò)理(lǐ)性(xìng)设(shè)计(jì)整(zhěng)合(hé)更(gèng)多(duō)功(gōng)能(néng)，并(bìng)且(qiě)可(kě)由(yóu)柔(róu)性(xìng)分(fēn)子(zi)单(dān)元(yuán)构(gòu)成(chéng)可(kě)塑(sù)性(xìng)材(cái)料(liào)。

北(běi)川(chuān)进(jìn)提(tí)出(chū)金(jīn)属(shǔ)有(yǒu)机(jī)框(kuāng)架(jià)可(kě)被(bèi)制(zhì)成(chéng)柔(róu)性(xìng)材(cái)料(liào)，如(rú)今(jīn)已(yǐ)有(yǒu)大(dà)量(liàng)案(àn)例(lì)证(zhèng)实(shí)了(le)这(zhè)个(gè)理(lǐ)论(lùn)，图(tú)片(piàn)来(lái)源(yuán)：诺(nuò)奖(jiǎng)官(guān)网(wǎng)

与(yǔ)此(cǐ)同(tóng)时(shí)，另(lìng)一(yī)位(wèi)获(huò)奖(jiǎng)者(zhě)奥(ào)马(mǎ)尔(ěr)·亚(yà)吉(jí)也(yě)正(zhèng)在(zài)美(měi)国(guó)“助(zhù)力(lì)”类(lèi)似(shì)方(fāng)向(xiàng)的(de)研(yán)究(jiū)。

他(tā)一(yī)直(zhí)希(xī)望(wàng)能(néng)在(zài)新(xīn)材(cái)料(liào)的(de)设(shè)计(jì)领(lǐng)域有(yǒu)所(suǒ)突(tū)破(pò)，用(yòng)一(yī)种(zhǒng)更(gèng)可(kě)预(yù)测(cè)，更(gèng)为(wèi)可(kě)控(kòng)的(de)方(fāng)式(shì)制(zhì)备(bèi)新(xīn)材(cái)料(liào)。当(dāng)他(tā)的(de)团(tuán)队(duì)开(kāi)始(shǐ)将(jiāng)金(jīn)属(shǔ)离(lí)子(zi)与(yǔ)有(yǒu)机(jī)分(fēn)子(zi)结(jié)合(hé)时(shí)，终(zhōng)于(yú)取(qǔ)得(de)了突破。此后，亚吉在1995年发表了相当于用铜离子或钴离子连接而成的网状结构，当被镶嵌满客体分子后，这种材料的热稳定性较高，被加热到350°C也不会坍塌。

在1999年，亚吉发表了 MOF-5 材料（第5号MOF材料），这是该领域的经典之作，其稳定性保证了：即使处于空载状态，它也可以在300°C的高温下保持结构完整而不坍塌。这种材料内部的空腔中蕴含着巨大的表面积，仅仅几克该材料的内部表面积就相当于一个足球场那么大！

除此之外，亚吉还曾在《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。

这三位获得本届诺贝尔化学奖的学者用实践证明：被质疑或忽视的领域，其实往往隐藏着能够改变世界的“金钥匙”。不盲目追求热点，能够凭借自身的知识与研究经历，培养出独到的科研审美与洞察力，从而在无人问津的废料堆里，敏感捕捉到闪着光的宝藏，并在他人的质疑声中几十年如一日地执着挖掘……这些或许才是在当前的时代背景下，更为可贵的学术勇气与品格。

著名的MOF-5，数克的该种材料即拥有足球场级别的表面积，图片来源：诺奖官网

化学家的励志与务实——MOF材料的最大应用可能在未来

诺贝尔奖委员会在一份声明中说，这类MOF材料可用于从沙漠空气中收集水分、捕获(huò)二(èr)氧(yǎng)化(huà)碳(tàn)、储(chǔ)存(cún)有(yǒu)毒(dú)气(qì)体(tǐ)或(huò)催(cuī)化(huà)化(huà)学(xué)反(fǎn)应(yīng)等(děng)，有(yǒu)助(zhù)于(yú)应(yīng)对(duì)气(qì)候(hou)变(biàn)化(huà)和(hé)淡(dàn)水(shuǐ)短(duǎn)缺(quē)等(děng)挑(tiāo)战(zhàn)。

至(zhì)于(yú)将(jiāng)MOF材(cái)料(liào)用(yòng)于(yú)从(cóng)沙(shā)漠(mò)空(kōng)气(qì)中(zhōng)收(shōu)集水(shuǐ)分(fēn)的(de)缘(yuán)起(qǐ)，其(qí)实(shí)与(yǔ)这(zhè)位(wèi)来(lái)自(zì)约(yuē)旦(dàn)的(de)化(huà)学(xué)家(jiā)奥(ào)马(mǎ)尔(ěr)·M·亚(yà)吉(jí)的(de)经(jīng)历(lì)不(bù)无(wú)关系(xì)。奥(ào)马(mǎ)尔(ěr)·亚(yà)吉(jí)于(yú) 1965 年(nián)出(chū)生(shēng)在(zài)约(yuē)旦(dàn)首(shǒu)都(dōu)安(ān)曼(màn)，成(chéng)长(zhǎng)于(yú)一(yī)个(gè)难(nán)民(mín)聚(jù)居(jū)区(qū)，童(tóng)年(nián)时(shí)期(qī)家(jiā)庭(tíng)缺(quē)水(shuǐ)严(yán)重(zhòng)，常(cháng)常(cháng)只(zhǐ)能(néng)在(zài)每(měi)两(liǎng)周(zhōu)的(de)时(shí)间(jiān)里(lǐ)获(huò)得(de)一(yī)次(cì)集中(zhōng)取(qǔ)水(shuǐ)的(de)机(jī)会(huì)。他(tā)本(běn)人(rén)曾(céng)回(huí)忆(yì)，正(zhèng)是(shì)这(zhè)种(zhǒng)“沙(shā)漠(mò)里(lǐ)缺(quē)水(shuǐ)的(de)亲(qīn)身(shēn)经(jīng)历(lì)”激(jī)发(fā)了(le)他(tā)对(duì)水(shuǐ)资(zī)源(yuán)问(wèn)题(tí)的(de)关注(zhù)，并(bìng)成(chéng)为(wèi)后(hòu)来(lái)研(yán)发(fā) “MOF 取(qǔ)水(shuǐ)技(jì)术(shù)”的(de)初(chū)衷(zhōng)之(zhī)一(yī)。

奥马尔·M·亚吉在约旦的儿时照片，前排第一位。图片来源：网络

亚吉团队以MOF为核心部件的设计在沙漠地带成功收集到水。图片来源：网络

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这个问题。后来，亚吉团队以MOF为核心部件设计的水收集器，终于让从沙漠空气中汲水成为现实——平均每公斤MOF每天能从低湿度空气中抽取超过1.3升水，超过了维持生命所需的(de)最(zuì)低(dī)限(xiàn)度(dù)。即(jí)便(biàn)在(zài)极(jí)端(duān)干(gàn)燥(zào)的(de)环(huán)境(jìng)，如(rú)7%的(de)相(xiāng)对(duì)湿(shī)度(dù)和(hé)超(chāo)过(guò)27摄(shè)氏(shì)度(dù)的(de)温(wēn)度(dù)下(xià)，该(gāi)设(shè)备(bèi)中(zhōng)每(měi)公(gōng)斤(jīn)的(de)MOF每(měi)天(tiān)仍(réng)能(néng)产(chǎn)生(shēng)0.2升(shēng)的(de)水(shuǐ)。

在(zài)约(yuē)旦沙漠地区的生活让亚吉深刻体会到“水是最稀缺、最宝贵的资源”，他在科研中把这种个人经历转化为探索科学的动力，专门设计能够在干旱环境下捕获空气中水分的 MOF 材料，以期帮助类似的干旱地区获得清洁饮用水。亚吉从个人的生活困境出发，推动设计出在全球范围内可持续供水的创新方案，体现了“科研来源于生活需求”的务实案例。

这只是MOF材料应用实例中最动人的故事。实验室内的“明星材料”要走向大规模实用化虽然仍面临很多障碍和挑战，但这些材料当前已经在市场中展现出广阔的前景。这里不得不提，中国凭借完整的产业链、庞大的市场需求和持续的研发投入，正在全球MOF的产业化进程中扮演着至关重要的角色。

当然，MOF材料最大的应用可能还是在未来。在这三位先驱科学家的发现之后，当今全球化学家们已经构建了数以万计的不同MOF材料，其中一些可能有助于解决人类面临危机时刻的一些重大挑战。

作者：宋世超 雷永青

审核专家：薛斌 上海海洋大(dà)学(xué)副(fù)教(jiào)授(shòu)，中(zhōng)国(guó)化(huà)学(xué)会(huì)《化(huà)学(xué)通(tōng)讯(xùn)》编(biān)委(wěi)