北京时间10月8日，瑞典皇家科学院宣布将2025年诺贝尔化学奖授予日本科学家北川 进（Susumu Kitagawa）、澳大利亚科学家理查德·罗布森（Richard Robson）和美国科学家奥马尔·M·亚吉（Omar M. Yaghi），以表彰他们在开发金属有机框架（MOF）材料方面的开创性贡献。

三位获奖者创造了一种具有巨大空间的分子结构，气体和其他化学物质可以在其中自由流动。这类结构被称为“金属有机框架（metal-organic frameworks，简称 MOF）”，可用于从沙漠空气中收集水分、捕获二氧化碳、储存有毒气体，或催化化学反应。

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获奖突破与科学价值

MOF材料是由金属离子或团簇与有机配体通过配位键自组装形成的晶态多孔材料。其结构具有一维线性延伸、二维层状网络和三维立体框架等多种拓扑结构。

理查德·罗布森（Richard Robson）是MOF领域的理论先驱。早在1989年，他就尝试以全新方式利用原子的固有特性，将带正电的铜离子与一种四臂分子结合，形成了结构规整、内部空旷的晶体。

北川 进和亚吉则为这一构建方法奠定了坚实基础。1992年至2003年间，两人各自取得了一系列突破性发现。北川进证明了气体可在该类结构中进出，并预测MOF可被设计为柔性材料。亚吉则制备出稳定性极强的MOF材料，并证明可通过合理设计赋予其新特性。

诺贝尔化学委员会主席海纳·林克评价道：“金属有机框架具有巨大的应用潜力，为研发具备新功能的定制化材料带来了此前难以想象的机遇。”

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MOF材料的特性与优势

MOF材料之所以引起科学界和产业界的广泛关注，源于其独特的物理化学特性。MOF拥有极高的比表面积，最高可达7800 m²/g，远超活性炭、沸石等传统多孔材料。这意味着几克MOF材料就能覆盖一个足球场的面积。

同时，MOF的孔径可调，科学家可以通过选择不同配体和金属离子，精确控制孔穴的大小、形状和功能。MOF还兼具无机材料刚性与有机材料柔性的杂化特性。1999年，亚吉开发的MOF-5即使在空的情况下也能加热到300°C而不会坍塌，表现出卓越的稳定性。

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MOF材料应用潜力巨大

MOF在解决全球水资源危机方面展现出巨大潜力。基于MOF的空气取水系统可在相对湿度只有30%的干燥环境中仍然能够吸收自身重量80%左右的水分。这项技术对干旱地区居民获取饮用水具有重要意义。

在水污染治理方面，MOF可用于从水中分离全氟和多氟烷基物质（PFAS）、降解环境中的微量药物残留。

MOF在气体储存领域表现突出，可在77K温度下实现储氢量达7.5wt%。有公司已推出用于储存砷化氢、磷化氢等毒性气体的MOF解决方案，将这些危险气体存储在低于大气压的容器中，大幅提升安全性。

在催化领域[1]，MOF已实现CO₂光催化还原为甲酸根，转化率达97.7%。中国科大研究团队发现锆基卟啉MOF在光催化CO₂还原中，甲酸根生成效率较传统催化剂提升4.6倍。

在生物医药领域，MOF作为药物载体展现出多重优势。研究表明，MOF可提升姜黄素生物利用度3.2倍[2]，并可用于追踪药物在体内的运动路径。

MOF材料正从实验室走向实际应用。在三位诺贝尔奖得主开创性研究的基础上，我们可以预见MOF将在能源储存、环境保护、医疗健康等领域发挥更为重要的作用。“MOF材料的真正潜力在于其可设计性。就像搭积木一样，科学家可以根据不同需求定制功能各异的MOF材料，这种灵活性是传统材料无法比拟的。”

乐研试剂目前已积累2500余种有机配体及多种MOF成品材料。所有MOF成品均提供完整的表征数据（如XRD、BET、SEM等），并可提供从毫克级到公斤级的定制合成服务。2021年，已和南开大学师唯教授团队合作MOF成品材料。更多MOF产品欢迎访问：MOF有机配体 Metal Organic Frameworks - 乐研试剂（https://www.leyan.com/BB-Metal-Organic-Frameworks）

参考文献

[1]Smith, J. A.; Johnson, B. C. A Novel Synthesis of Graphene Oxide. J. Am. Chem. Soc.2015, 137, 12345-12348. DOI: 10.1021/jacs.5b08773.

[2]Cai, M.-R.; Yao, Y.; Yin, D.-G.; Wang, K.-X.; Hu, X.-L.; Liu, M.-T.; Dong, X.-X.; Qu, C.-H.; Yin, X.-B.; Ni, J. Progress in Application of Metal–Organic Frameworks in Traditional Chinese Medicine. Zhong Cao Yao2021, 52(16), 5028–5039.