“赫敏的魔法手提包”，一文看懂诺贝尔化学奖

当地时间10月8日，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）、理查德·罗布森（Richard Robson）以及奥马尔·M·亚吉（Omar M. Yaghi）三位科学家，以表彰其在金属有机骨架化合物开发领域的贡献。

这是一种什么材料？

MOFs这种创新材料被形容为“具有化学反应空间的分子结构”，代表了一类具有革命意义的新型物质。它不仅为材料科学带来了深刻变革，也为应对全球可持续发展挑战开辟了全新的路径。

MOFs凭借其独特的结构设计，拥有极其庞大的内部表面积，使二氧化碳、甲烷或水蒸气等气体能够在其微小的空腔中自由流动，从而实现多种可定制的化学功能。科学家们将这种材料形象地称为“具有特定用途的分子建筑”。

瑞典皇家科学院指出，这类材料中有一些展现出惊人的比表面积（比表面积是指单位质量物质的表面积大小，通常用平方米/克表示。比表面积越大，表示单位质量物质的表面积越大）—— 一块体积仅相当于方糖大小的这类材料，其内部表面积却可达到一个大型足球场的规模。诺贝尔化学奖评审委员会成员奥洛夫·拉姆斯特伦（Olof Ramström）也形象地比喻到：“这种材料几乎就像《哈利·波特》中赫敏的魔法手提包一样，内部空间远远大于外表所示，内部可以装下大量东西而外部并不显得沉重或鼓胀。”

现如今，化学家们已合成了数以万计的MOFs材料。它们正被广泛应用于多个领域，比如捕获水果释放的乙烯气体，以延缓其成熟速度，也包括有毒污染物过滤、从沙漠空气中提取水分以及高效化学转化等，为人类的可持续未来提供了强有力的科技支持。

三名获奖者是什么背景，他们如何回应？

三名获奖者的研究起始于20世纪80年代罗布森教授的实验，并在约15年的时间里逐步发展成熟。

据诺贝尔委员会介绍，罗布森早在1989年就首次尝试构建金属有机框架，他将铜离子与四臂分子结合，得到了具有大空腔的晶体结构，这一成果预示着分子可自由进出。然而，当时的结构并不稳定，很快坍塌。随后，在1992年至2003年间，北川进与亚基不断改进，使结构实现了稳定性，从而奠定了整个研究领域的基础。“科学的认可往往需要时间，也常常依赖于不同路径上的研究者共同推动，”美国化学学会主席多萝西·菲利普斯（Dorothy Phillips）表示。

现年88岁的罗布森是澳大利亚墨尔本大学教授，出生于英国，20多岁时移居澳大利亚。自1966年起，罗布森教授便在墨尔本大学任教并从事科研工作。他在20世纪90年代初首次成功制备出MOFs材料，并自此持续探索该领域的多种结构形式。墨尔本大学副校长马克·卡西迪教授（Professor Mark Cassidy）表示，“罗布森教授是一名谦逊的科学家。他获得这一殊荣，只因为他始终热爱自己的事业——每天走进实验室，与学生讨论，思考宏大的化学问题，几十年来始终如一地做实验。”

北川进是日本京都大学教授，现年74岁。年轻时，他读过诺贝尔奖得主汤川秀树的著作。书中引用了中国古代哲学家庄子的观点——我们必须质疑那些被认为有用的东西，即便某物未能即刻带来益处，终将显现其价值。北川进的科研生涯也是如此：20世纪90年代时，他试图研究多孔分子构造，但由于材料被认为无实际用途，屡遭拒绝。然而他并未放弃，最终迎来突破，他的研究团队利用钴、镍或锌离子与名为4，4′-联吡啶的分子，创造出由开放通道交错的三维金属-有机框架。

另一名获奖者亚吉今年60岁，他的父母是生活在约旦首都安曼的巴勒斯坦难民。亚吉在青少年时期移居美国。他的研究团队成功利用金属原子构建出一种晶体状结构，证明这种结构不仅坚固耐用，而且具有极高的孔隙率。他在加州大学伯克利分校发表声明时表示：“正是这项成果，点燃了整个研究领域的火花。” 加州大学伯克利分校也称，亚吉“从一开始就深深爱上了化学”。

如今，这三名科学家共同开创了一种全新的分子结构形式——他们将金属原子与有机分子相结合，金属充当“节点”，有机分子起到“连接”作用，从而形成拥有巨大内部空腔的晶体结构，使气体和其他物质能够自由穿行。简单来说，材料外表“小巧”，却能容纳无数“物品”。

在京都大学的记者会上，北川进表示，他是在教室里工作时接到的获奖电话。“最近我经常接到奇怪的推销电话，当时心想‘又来了’，带着一点烦躁接起电话，结果发现是瑞典科学院评选委员会的主席，”他说自己“非常惊讶，也非常高兴”。在宣布获奖的电话采访中，他补充道：“我想把这份喜悦与另外两位共同分享。”他还表示：“我的梦想是捕捉空气，并将空气分离成二氧化碳、氧气、水等成分，再利用可再生能源将其转化为有用的材料。”罗布森在接受美联社电话采访时也坦言：“我当然非常高兴，同时也有些震惊。在我生命的晚年，能经历这样的重大时刻，我们终于等到了。”

诺贝尔化学奖背后的故事

诺贝尔化学奖是每年颁发的重要国际奖项，用以表彰在化学及相关科学领域作出卓越贡献的个人。

尽管奖项以“化学”命名，但历届获奖者的研究范围常常跨越生物学与生命科学领域，这也引发了关于奖项边界是否应扩展的讨论。例如，居里夫人和莱纳斯·鲍林（Linus Pauling）等科学家曾跨领域多次获奖，体现了不同科学学科之间的紧密联系。一些批评者认为这偏离了“纯化学”的初衷；另一些人则认为这是科学发展的自然结果——随着化学与生物学的交叉日益增多，而目前并无独立的诺贝尔生物学奖。1978年，彼得·米切尔（Peter Mitchell）因发现生物体中ATP合成机制而获得化学奖，这一成果同样可视为医学领域的重大发现，进一步说明了学科界限的模糊性。

在2024年，诺贝尔化学奖授予了华盛顿大学的生物化学家戴维·贝克（David Baker）以及谷歌DeepMind的计算机科学家德米斯·哈萨比斯（Demis Hassabis）和约翰·贾姆珀（John Jumper），以表彰他们在解析和设计新型蛋白质方面的突破性技术。蛋白质是生命的基本构成单元，他们运用了包括人工智能在内的先进方法，为药物研发和新材料制造开辟了革命性潜力。

诺贝尔奖历史上也曾出现特殊情况。1924年，有35名化学家被提名，但委员会最终决定不颁发奖项。这是极其罕见的情况：诺贝尔化学奖历史上仅有八次出现此类决定，其中六次与世界大战的混乱有关。1925年的化学奖也被推迟至1926年才授予理查德·齐格蒙迪（Richard Zsigmondy）。连续两年未能获奖，无疑打击了当时科学家的信心，也引发了关于“什么样的科学成就才算真正造福人类”的讨论。

尽管如此，这种“空缺”也推动化学界更加坚定地追求突破。1925年，人类迎来了两项重要发现：铼（Rhenium）元素被成功发现，以及费舍尔–特洛普施合成法（Fischer–Tropsch process）被开发，用于制造碳氢化合物。

正如评论作者切瑞·马什（Cherry Marsh）在《化学世界》（Chemistry World，英国皇家化学会期刊）所言，1924年的空缺就像一记警钟——提醒科学界，卓越必须被珍视，标准不可降低。科学教会人们在面对现实和挫折时，依然坚持追求创新与突破。

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