▶ 郎建平

　　北京时间10月8日下午，瑞典皇家科学院宣布，将2025年诺贝尔化学奖授予北川进（Susumu Kitagawa，日本）、理查德·罗布森（Richard Robson，英国）和奥马尔·亚基（Omar M. Yaghi，美国）3位科学家，以表彰他们“发展了金属有机框架”。诺贝尔化学奖委员会主席海纳·林克评价道：“金属有机框架具有巨大的潜力，为定制具有新功能的材料带来了以前无法预见的机会。”

　　受中国古代哲学家庄子思想启发

　　金属有机框架（Metal-Organic Framework, MOF）是一种由金属离子或金属团簇与有机配体通过配位键自组装形成的晶态多孔材料。它们的晶体结构包含巨大的化学空间，气体和其他化学物质可以在其中自由流动。MOF的最大特点是其惊人的比表面积——仅仅一克材料的内部表面积就能达到6000平方米，超过一个足球场的面积。这种多孔特性使MOF成为“会呼吸的材料”。

　　MOF代表了分子工程学的重大突破。通过改变金属离子和有机配体的组合，化学家可以像搭积木一样，精确设计材料的孔径和功能。这种可定制性使MOF成为化学领域的“万能工具箱”，为材料科学带来了前所未有的设计自由度。

　　理查德·罗布森在1989年将带正电的铜离子与一个四连接有机分子结合，组织成一个秩序井然、充满空腔的晶体结构。就像钻石中的碳原子一样，它们形成了规整的晶体，但与致密钻石不同，这种晶体含有大量孔道结构。奥马尔·亚基在1995年发表了两种不同二维材料的结构，并创造了“MOF”这一名称。然而，理查德·罗布森的结构相当脆弱，容易散架。许多化学家认为它们毫无用处，但北川进和奥马尔·亚基看到了这些发现的潜力。北川进了解到中国古代哲学家庄子关于“无用之用”的思想，并不认为它们必须有立即可见的用途。1997年，北川进取得了关键突破。他的研究小组使用钴、镍或锌离子和4，4′-联吡啶分子，创造出了具有开放通道的三维MOF。当他们将其中一种材料彻底干燥后，它依然稳定，并且可以吸收和释放甲烷、氮气和氧气，而形状保持不变。1999年，奥马尔·亚基研发出MOF-5，这是一种极其稳定且空间巨大的框架，获得超过2000平方米每克的比表面积。以此为基础，奥马尔·亚基和北川进等团队继续扩展MOF家族，创造出数万种变体，并应用于气体储存和分离、催化、传感、医疗和环境等各个方面。

　　持续推动产业发展格局深刻变革

　　MOF作为一类“分子级乐高”材料，已在解决人类面临的多项重大挑战性问题中展现出实际应用价值。

　　从未来发展前景看，MOF具备“按需定制”的结构可设计性，通过调控金属中心节点与有机配体的结构，可实现对材料孔径尺寸、功能位点的精准调控，进而开发出适配环保、能源、生命健康等特定领域需求的专用功能材料，推动化工产业向绿色化、精准化方向转型。

　　更值得关注的是，MOF的研发正与人工智能、超级计算等前沿技术深度融合，传统研发周期长达数年的新型MOF材料，如今可通过计算辅助设计实现高效开发。

　　（作者：苏州大学讲席教授，获国家自然科学基金青年科学基金项目（A类）资助，苏州大学学位评定委员会副主席）