2025年诺贝尔化学奖揭晓：分子空间建筑师荣膺殊荣

2025年10月8日，瑞典皇家科学院隆重宣布，将诺贝尔化学奖授予三位杰出的科学家：北川进（Susumu Kitagawa）、理查德·罗布森（Richard Robson）和奥马尔·M·亚吉（Omar M. Yaghi）。此项殊荣旨在表彰他们在金属有机框架（MOF）领域的开创性贡献，这一成就为分子工程学开辟了全新的篇章。他们的突破性工作催生了多孔结构材料的合成与设计新范式，赋予了这些材料独特的物理化学特性。本次诺贝尔奖金总额为1100万瑞典克朗，将由三位获奖者平均分享。

这项革命性成就的核心在于构建了多孔晶体结构。在这些结构中，金属离子充当节点，通过长链有机分子相互连接。由此产生的材料内部拥有巨大的空腔，气体和其他化学物质可以在其中自由穿梭。从本质上讲，这些结构是经过精心设计的、具有宏大内部空间的分子级“建筑”。这种分子层面的结构控制能力，使得这些材料在科研和工业的诸多领域中具有不可估量的价值。化学委员会主席海纳·林克（Heiner Linke）将MOF形象地比喻为“赫敏·格兰杰的无痕伸展咒口袋”——外表小巧，内里却乾坤无限。

通往这一发现的道路是循序渐进的。1989年，来自墨尔本大学的理查德·罗布森奠定了概念基础，他成功地将铜离子与有机分子结合，形成了一个具有较大孔隙但稳定性较差的晶体。随后，在1992年至2003年间，来自京都大学的北川进展示了MOF的柔韧性及其气体渗透能力，极大地拓宽了其实际应用前景。而加州大学伯克利分校的奥马尔·M·亚吉则通过开发极度稳定的结构，巩固了这一领域的发展，并提出了“配位化学”（Reticular Chemistry）一词，用以描述这种模块化的设计方法。亚吉在1999年展示的MOF-5材料，具有超高孔隙率，能在高达300摄氏度下保持结构完整，成为关键的平台技术。正是他们三人的协同努力，使得化学家们能够设计出数以万计的各类MOF。

MOF材料的潜力巨大，完全契合了阿尔弗雷德·诺贝尔设立奖项的初衷——为人类带来福祉。这些先进材料已在多个领域得到应用：它们能从沙漠空气中捕获水分，有效助力水资源获取；在应对气候变化方面，它们被用于捕集二氧化碳；此外，它们还可用于净化水体，包括分离全氟和多氟烷基物质（PFAS）；在生物医学领域，MOF正被用于靶向药物递送系统。不仅如此，MOF在催化化学反应、氢气的储存与运输，以及开发有毒物质的传感器方面也展现出卓越性能。截至2025年，气体存储细分市场占据了约40%的市场份额，这凸显了MOF在保障能源安全，特别是氢能存储方面的重要地位。

金属有机框架的市场正经历爆发式增长。2024年，该市场规模约为5.1亿美元，预计到2030年将攀升至17.0亿美元，年复合增长率高达22.1%。当前，基于锌的MOF因其出色的多功能性，在2025年占据了约27.8%的市场份额。市场需求的强劲增长主要得益于对环保技术的日益重视以及MOF在新型工业应用中的不断拓展。

尽管获得了至高无上的荣誉，罗布森教授在获奖消息公布后的第二天便重返讲台，为一年级学生授课，这恰恰提醒着我们基础研究与知识传承之间密不可分的联系。材料科学领域的这些里程碑式的成就，为化学家和工程师们开辟了创造具有预设性能材料的新天地。这三位科学家的通力合作，不仅推动了化学学科的进步，更激励着新一代研究人员投身于跨学科的创新实践之中。