2025诺贝尔化学奖：分子“积木”搭出的未来之城？｜科技观察

封面新闻记者 边雪

10月8日，瑞典皇家科学院宣布，将2025年诺贝尔化学奖授予日本化学家北川进（Susumu Kitagawa）、澳大利亚学者理查德·罗布森（Richard Robson）与美国加州大学伯克利分校教授奥马尔·亚吉（Omar M. Yaghi），以表彰他们在金属有机框架材料（MOFs，Metal–Organic Frameworks）领域的开创性贡献。

在该结构中，金属离子作为基石，由长有机（碳基）分子连接。金属离子和分子共同排列形成含有大空腔的晶体。这些多孔材料被称为金属有机骨架（MOF）。通过改变MOF中使用的基本单元，化学家可以设计它们来捕获和储存特定物质。MOF还可以驱动化学反应或导电。

这项被称为“分子海绵”的研究，不仅重塑了人类对物质结构的想象，也正在改变能源、环境与材料科学的未来。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。”

分子世界的“积木革命”

“这些材料的内部空间，就像酒店的房间，分子的客人可以自由进出。”诺贝尔化学奖委员会主席海纳·林克在颁奖时如此形容。

金属有机框架，顾名思义，是由金属离子和有机分子“搭建”出的立体网格结构。

金属离子充当节点，而有机分子则像连杆一样把它们连接起来，形成规则而稳定的三维晶格。不同于传统材料的紧密堆积，MOF内部拥有大量空腔，这些孔隙就像无数个微型储藏室，可以让气体分子自由穿梭。

“MOF材料是地球上孔隙率最高的固体之一，”明尼苏达大学化学家Theresa Reineke曾指出，这一特性，让MOF材料成为“吸附”“分离”“储存”的天然高手，能捕获温室气体二氧化碳、储存氢气与甲烷，甚至能从沙漠空气中“挤出”水来。

事实上，MOF的概念最早萌芽于20世纪80年代。当时，理查德·罗布森在澳大利亚墨尔本大学尝试将铜离子与四臂有机分子结合，首次制得带大孔洞的晶体结构。

虽然这种结构在空气中很快崩塌，但为后来者打开了思路。

十年后，日本京都大学的北川进成功改进了材料的稳定性，而奥马尔·亚吉在20世纪90年代末至21世纪0年代初进一步推动了MOF的系统化设计，让这种“分子建筑”真正成形。

从此，MOF成为化学界最活跃的研究方向之一，迄今已有超过9万种不同结构的MOF被合成。

从“分子海绵”到碳中和：科学落地的力量

MOF的故事，似乎才刚开始。

在能源领域，MOF被视为储氢材料的突破口。其超大比表面积意味着在同样体积下，MOF能吸附的氢气量远高于传统高压储存方式，这对于氢燃料汽车、航天器能源系统具有革命意义。

在环保方向，它同样是“吸碳神器”。部分MOF材料能够高效吸附二氧化碳并在特定条件下释放，从而实现“捕碳—再利用”的闭环，为实现全球“双碳”目标提供了新途径。

美国、德国和中国的多个科研团队，已将MOF用于工业烟气净化、海水淡化以及废水重金属去除。MOF的孔隙结构能像筛子一样精确分离分子，这在工业脱硫、气体净化中具有巨大潜力。

中山大学团队曾通过熔融淬火技术制备的GUM膜（配位聚合物玻璃统一MOF膜），实现了高效分子分离，具有自修复功能且耐化学腐蚀，适用于有机溶剂纳滤、异构体渗透蒸发等场景。

奥马尔·亚吉博士团队开发的“取水MOF”系统，能够在干旱的沙漠地区，从空气中捕获水蒸气并通过太阳能释放出液态水。实验数据显示，每公斤MOF材料每天可产水近3升。所创办的初创企业Atoco，正致力于将这项技术用于偏远地区的清洁水供应与碳捕获。

三位诺奖获得者：从实验室到人类福祉

科学的光芒，总是从最平凡的地方闪耀。

现年88岁的理查德·罗布森，在得知获奖后淡然地笑说：“我现在太老了，处理接下来的麻烦可能会有点吃力。”他回忆起年轻时“对数学不在行”，才转向化学，“因为想不到还有什么更好的事可以做”。

这份带着理想主义的“无心插柳”，最终让他成为化学界最受尊敬的“筑梦者”之一。

北川进在京都大学任教多年。颁奖当天，他正在课堂上批改作业，接到瑞典打来的电话时还以为是推销员。得知获奖后，他只是笑着说：“我想和另外两位共同分享喜悦。”

奥马尔·亚吉的故事则更具传奇色彩。

出生于约旦的巴勒斯坦难民家庭，奥马尔·亚吉与家人挤在狭小的房间中长大，父母几乎不识字。凭借勤奋，他获得奖学金赴美求学，在伊利诺伊大学取得博士学位，并在加州伯克利建立世界领先的实验室。

“科学是世界上最伟大的均衡力量。”他在新闻发布会上说，“聪明、有才华的人，到处都有。”

他始终强调知识交流的重要性，认为“科学让我们能够跨越国界对话，这一点永远不会被阻止。”

从空气中取水、从废气中捕碳、从分子尺度建构未来——MOF材料让“化学之美”走出实验室，照进人类的日常。

这项起源于几十年前的基础研究，如今已成为解决能源与气候问题的关键一环。

正如诺贝尔委员会在评语中写道：“他们让分子世界获得了结构的自由。”未来的某一天，当我们喝到沙漠中的第一滴空气之水，或实现零排放能源时代，人们或许会再次想起，2025年的那个秋日，三位科学家因为一种“分子海绵”，共同赢得了科学界最高奖项的肯定与掌声。