▲ 2025 年诺贝尔化学奖将授予北川进、理查德·罗布森和奥马尔·M·亚吉。图片/诺贝尔奖委员会官网 据央视新闻报道，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、理查德·罗布森和奥马尔·M·亚吉三位科学家，以表彰他们对金属有机框架发展的贡献。总的来说，三位获奖者创造了具有大空间的分子结构，气体和其他化学物质可以通过。这些结构是金属有机框架（MOF），可用于从沙漠中收集水、获取二氧化碳、储存有毒气体或催化化学反应。 1989年，理查德·罗布森（Richard Robson）以新的方式创造了化学基团的新分子，确定了21世纪的材料。他将带正电荷的铜离子与四臂分子结合，产生吸附铜的化学基团每条臂末端都有黄铜。当它们聚集在一起时，就形成了一个整齐、宽敞的晶体，如一颗充满了无数空间的钻石。这就是金属有机框架。虽然这种分子结构从理论和实用角度来看具有很大的潜在价值，但不稳定且容易塌陷。后来北川进和阿吉为这个化学组的稳定和实际应用提供了坚实的基础。从1992年到2003年，他们取得了一系列开创性的发现。北川进的研究表明，气体可以在金属有机框架内部和外部流动，并预测金属有机框架可以更加灵活。亚吉创造了一种坚固的金属有机框架，并表明可以通过合理的设计对其进行改变，从而赋予其新的、理想的性能。罗布森创造了金属有机图，喜多川和八木分别完美合理地设计了金属有机框架，并提供了可能的领域、范围和方法。应用颂和生活应用颂。正如诺贝尔化学委员会主席海纳·林克所说，“金属有机框架具有巨大的潜力，为具有新功能的定制材料带来了前所未有的机会。”经过多年的研发和改进，金属有机框架已成为一种具有良好用途的新材料，可以生产多种产品。金属有机长骨架是由金属离子（或簇）和通过配位键连接的有机配体组成的小材料。这种结构创建了一个高度有序的三维晶格网络，其中包含大的可调孔。金属有机骨架不仅具有金属的活性，还具有有机配体的柔性、官能团的选择性等物理化学性质，以及配位产生的特殊空间结构。这些特殊元素的完美结合使得金属有机骨架预计将成为21世纪的决定性材料。金属有机框架作为通用超多孔纳米材料具有广泛的应用前景和极其广泛的用途，如果p一克金属有机框架表面的内部面积扩大，它所覆盖的面积比一个足球场还要大。如今，化学家已经设计了超过 88,000 种不同的金属有机框架。现有研究表明，金属有机框架可用于气体储存和分离，例如储存氢气和提取二氧化碳；它们可以作为多相催化剂来促进化学反应；它们还可以用作传感器来检测特定气体或化学分子；它们还可以用于携带药物，将药物包含在金属有机框架的孔隙中，以便按需释放。迄今为止，金属有机框架最重要的应用是药物的输送。药物分子常常吸附在金属材料的孔隙或表面上通过氢键、π-π堆积、配位接触、静电接触等方式形成L-有机骨架。例如，PCN-221是一种低细胞毒性的卟啉金属有机骨架，对甲氨蝶呤（一种用于治疗癌症和自身免疫性疾病的药物）具有较高的载药能力。甲氨蝶呤通过扩散进入PCN-221的孔道和通道，通过与PCN-221接触并与氢气接触，在生理环境下实现长时间放电，维持有效药物浓度。此外，特定的金属有机框架还可以通过共结晶携带胰岛素来治疗糖尿病。药物除了将药物分子负载在孔道或金属表面-有机骨架上外，还可以通过药物分子中可用的配位位点与特定的金属离子结合，使药物可以直接参与形成金属-有机骨架作为有机配体来递送药物。在全球气候变化的背景下，金属组织ANIC框架可以通过从气体中提取碳来有效减少碳泄漏。 2022年，加拿大研究人员开发了一种名为CALF-20的金属有机框架，可以有效地从气体中提取碳。在1.2个大气压和室温下，calf-20可以吸附约18%的CO2自重，并且calf-20在各种混合气体中都保持良好的CO2吸附能力。在相对湿度为40%的环境中，calf-20还可以抑制水蒸气并吸收二氧化碳。金属有机框架还可以通过吸收空气中的水蒸气，然后在温度升高时释放水，从沙漠中收集水。该技术特别适用于世界各地的沙漠地区，包括非洲的撒哈拉沙漠、亚洲和非洲的阿拉伯沙漠、亚洲的塔克拉玛干沙漠和戈壁沙漠、南美的巴塔哥尼亚沙漠等。该技术现已在实验室测试和沙漠环境的现场测试中得到验证ts。初步结果表明，金属有机框架每天每公斤可收集和输送超过一升的水，且水质清洁。而且，金属有机物装置不依赖电力，可以利用温度变化的敌人来收集水，使其成为一种清洁能源驱动的解决方案。未来将是解决沙漠、香区生活、劳动用水问题的有效途径。今年的诺贝尔化学奖颁给了金属有机骨架材料的发现和应用，表明此类材料和产品具有广阔的未来前景，极大造福于人类社会。撰文：张天侃（科普作家） 编辑/徐秋英 校对/杨旭丽