在分子世界“盖房子” 创造神奇新材料

　　综合新华社电、央视新闻报道 瑞典皇家科学院8日宣布，将2025年诺贝尔化学奖授予北川进、理查德·罗布森和奥马尔·M·亚吉三名科学家，以表彰他们在金属有机框架开发方面所作出的贡献。三名获奖者将平分1100万瑞典克朗（约合831万元人民币）的奖金。

　　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。”

　　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——今年的诺贝尔化学奖得主创造了具有较大空腔的分子结构，气体和其他化学物质可以在空腔中流动，这种结构被称为金属有机框架（MOF）。这类材料可用于从沙漠空气中收集水分、捕获二氧化碳、储存有毒气体或催化化学反应等。

　　20世纪80年代，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，不同的是，这种晶体内部竟然有大量空腔。1989年，他在《美国化学会志》上发表这一成果，首次提出这类分子网络的潜力，预言它们将赋予材料前所未有的性质。

　　此后，罗布森陆续合成出多种含有空腔的分子网络，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。

　　20世纪90年代，北川进接过了罗布森探索的火种。1992年，北川进构建出一种二维分子材料，分子之间形成可容纳丙酮分子的空腔。虽然功能有限，但这代表一种全新的分子设计思维。他同样用金属离子作为“支点”，以有机分子相连。

　　1995年，亚吉正式提出“金属有机框架”这一名称，定义了这种由金属节点和有机配体组成、具有规则空腔的晶体结构。

　　1997年，北川进的团队搭建出三维MOF结构，形成交错的空腔通道。当他们将材料中的水去除后，这些孔洞仍然稳定，可以吸附和释放甲烷、氧气、氮气等气体而不变形。

　　1999年，亚吉研发出MOF-5，这是一种极其稳定且空间巨大的框架结构，即使在300℃高温下也不会坍塌。最令人震惊的是其内部表面积：几克MOF-5的内部总面积相当于一个足球场，远超传统沸石。这意味着它能吸附更多气体。

　　如今，科学家已设计出数以万计的MOF，它们被用于碳捕集、空气净化、药物递送、能源存储等众多前沿领域。甚至在半导体制造中，也有MOF被用于捕捉或分解剧毒气体。