2025年諾貝爾化學獎揭曉：分子空間的結構大師

瑞典皇家科學院於2025年10月8日宣布，將本年度的諾貝爾化學獎授予三位傑出科學家：北川進（Susumu Kitagawa）、理查·羅布森（Richard Robson）以及奧馬爾·M·亞吉（Omar M. Yaghi）。這項殊榮旨在表彰他們在金屬有機骨架（MOF）領域的開創性貢獻，此項成就標誌著分子結構設計學邁入了嶄新紀元。這項突破為設計具有獨特物理化學特性的多孔材料合成開闢了廣闊的前景。獎金總額為1100萬瑞典克朗，將由三位獲獎者平均分配。

這項劃時代的成就核心，在於成功構建出多孔的晶體結構。在這些結構中，金屬離子充當關鍵的節點，並透過長鏈有機分子相互連接。最終形成的材料內部擁有極大的空腔，氣體及其他化學物質能夠在其中自由穿梭。從本質上講，這些構造是具有精心設計的大型空間的分子級建築。這種結構上的精確控制，使得材料的特性可以在分子層面上被調控，從而在科學與技術的各個領域展現出無可估量的價值。諾貝爾化學委員會主席海納·林克（Heiner Linke）將其比喻為哈利波特中妙麗的萬用小包——外觀雖小，內裡卻極為寬敞。

通往這項發現的道路是循序漸進的。墨爾本大學的理查·羅布森在1989年奠定了概念基礎，他成功地將銅離子與有機分子結合，創造出一個空間結構寬廣但穩定性不足的晶體。隨後，京都大學的北川進在1992年至2003年間，展示了MOF的結構可塑性及其氣體傳輸能力，極大地拓寬了其實際應用的潛力。接著，加州大學柏克萊分校的奧馬爾·M·亞吉，透過開發極為穩定的結構，並提出「配位化學」（Reticular Chemistry）一詞來描述其模組化設計方法，進一步鞏固了這一領域。亞吉在1999年展示的MOF-5材料，具備超高孔隙率，能夠承受高達300°C的溫度而不崩解，成為一項關鍵的平台技術。他們共同的努力，促使化學家能夠設計出數以萬計的不同種類的MOF。

MOF的應用潛力極為巨大，完全契合阿爾弗雷德·諾貝爾所期盼的「為人類帶來最大福祉」的願景。這些先進材料現已廣泛應用於多個領域：從沙漠地區空氣中收集水分，到對於氣候目標至關重要的二氧化碳捕集，再到水體淨化（包括對抗全氟和多氟烷基物質PFAS的污染），以及在生物醫學中用於精準的藥物遞送系統。此外，MOF在化學反應催化、氫氣的儲存與運輸，以及毒性物質的感測器開發中也取得了成功。特別值得一提的是，氣體儲存領域目前在市場上佔據主導地位，截至2025年約佔總市場的40%，這凸顯了它們在確保能源安全（包括氫能儲存）方面扮演的關鍵角色。

金屬有機骨架市場正經歷爆炸性增長。2024年，該市場規模約為5.1億美元，預計到2030年將攀升至17億美元，年複合成長率高達22.1%。目前，基於鋅的MOF因其高度的適應性，在2025年約佔據了市場的27.8%份額。推動這波增長的主要動力，來自於對環保技術需求的增加，以及MOF在各種新興工業應用中的不斷拓展。

儘管獲得了至高無上的榮譽，羅布森教授在獲獎公告後的隔天便重返講堂，為大一新生授課，這提醒著我們基礎研究與知識傳承之間密不可分的聯繫。這些材料科學上的成就，為化學家和工程師們描繪了創造具有預設屬性材料的嶄新藍圖。這三位科學家的協同合作，不僅推動了化學領域的進步，更激勵著新一代研究人員投身於跨學科的創新事業之中。