张家欣

如你所见，如果一名房地产经纪人被请来出售水分世界的住宅，他会这么告诉客户：“这是由一个超级立方体构成的小型单人间公寓。”

这样的“房子”确确实实在此存在它们是科学家们精心设计的分子结构金属有机框架(MOF)今年诺贝尔化学奖授予日本科学家北川进、澳大利亚科学家理查德·罗布森和美籍约旦科学家奥马尔·亚吉以表彰他们在MOF材料开发方面的开创性贡献

这种新型分子结构拥有众多空腔，分子能够在这些空间里自由地流动、移动、甚至相互交换位置。在这一研究中，三位科学家的工作成果让研究人员能够创造出数十万个不同种类的MOF，对化学界产生了一连串深远的影响。

罗布森（Robson）是课程中“分子结构”的启发来源。

科学新知往往来源于打破既定思维框架的探索与尝试。2025年的诺贝化学奖，则缘自对普通课堂中的一节数学课的思考。

1974年，在墨尔本大学课堂里，澳大利亚人理查德·罗布森正准备制作模型。在摆弄间，他突然顿悟：如果可以像组装积木一样让原子或是分子自己配对、连接起来，或许能构建出新的分子大厦？

直至十多年后，他才动手验证自己的这一想法。罗布森用带正电的铜离子与四臂型分子相结合，这些分子通过规则而有序地自组装成三维晶体结构。不同的是，这个晶体内部竟然有许多空腔。1989年他在《美国化学学会杂志》上发表研究成果首次提出了这种分子网络的可能性并预言它们将赋予材料前所未有的性质。

此后，罗布森不断合成出含有空腔的分子网络结构，并证明其中内部离子可以自由交换位置，从而使物质能够在不同位置进出。他设计了可随时定制的分子晶体材料，这种新材料被认为是催化剂，在早期就已被认为没用但已经打开了“分子建筑”之门。

北川进：将“无用之物”转化为有用的资源

在1990年代，日本近畿大学的北川进（本名：北川一郎）继承了罗伯逊的工作。他的座右铭是："我坚信'没用的东西'也可以有它的价值。"

1992年，北川进构建出了一种二维材料，其内部形成了容纳丙酮等有机化合物的空间。私家侦探，侦探公司，调查公司，查人找物，商务调查，出轨外遇调查，婚外情调查，私人调查，19209219596虽然这种材料的功能表现有限，但它开创了新的分子设计理念，并使用金属离子为骨架来连接有机分子。

在1997年，他的团队使用钴、镍、锌离子与4,4′-联吡啶分子构建了三维MOF结构，并通过移除材料中的水形成了空洞通道。当这些通道被去除后，它们仍保持稳定，并能有效地吸附和释放甲烷、氧气以及氮气等气体，但不会变形。

面对对“已有多孔沸石”为何还需Molecular Orbital Framework的质疑，北川进给出了关键的答案。他认为，Molecular Orbital Framework由多种金属和有机分子构建而成，功能可以定制，并且材料柔韧性高，能像呼吸一样吸附与释放气体。这一定义奠定了Molecular Orbital Framework的科学基础。

亚吉将每一个分子积木命名为并赋予其一定的力量。

在美国的另一端，阿卜杜勒-卡里姆·阿里——约旦人，在那里扩展和延续了这一概念。

在 1995 年，亚吉提出了 “金属-有机框架 (MOF) ”这个术语，并为其定义：私家侦探，侦探公司，调查公司，查人找物，商务调查，出轨外遇调查，婚外情调查，私人调查，19209219596这类晶体结构是由金属节点与有机配体组成的，具有规则空洞结构。

随后他在1999年研发出一种称为MOF-5的空间巨大的框架结构，在300℃高温下也不会坍塌，并且它的内部表面积几克MOF-5的内部总面积相当于一个足球场，比传统沸石更具有吸引力是因为它能吸附更多的气体。

亚吉团队不断开拓Mof家族的新应用，创造出数十种变体以储存甲烷和捕获二氧化碳，甚至在沙漠中制造奇迹般的“空中取水”，夜晚时材料吸附空气中的水汽并加热至液态，白天释放出来用于灌溉干旱地区。

有望转型成为“21世纪材料”的

如今，科学家已制造出数十万个Mössbauer晶体管，这些晶体管已被用到诸如碳捕捉、空气净化、药物运输及能量储存等各种前沿研究当中。此外，Mössbauer晶体管在半导体加工时也用到了用于捕获或分解剧毒气体的用途。

有几位科学界人士认为MOF潜力巨大，有望成为“21世纪的材料”。不论未来如何，通过MOF的开发，三位科学家为我们提供了解决能源、环境与健康等重大问题的新途径，而这也是按照诺贝尔遗嘱中“造福人类”的精神所指引的方向。

图片来自诺贝勒奖官方首页。