新华社斯德哥尔摩10月8日科普|开创化学“新空间”的金属有机框架——瑞典皇家科学院公布2025年诺贝尔化学奖朱浩辰与郭爽张肇庆获奖结果解读 一句话: 获奖者诗意贿赂的获奖者总结: 人类总结: 苏西: 诗意贿赂获奖者的获奖者总结: 人民:“他们为化学创造了新的空间。”该荣誉属于日本京都大学的Susumu Kitakawa、澳大利亚墨尔本大学的Richard Robson和加州大学伯克利分校的Omar M. Yaghi。三位科学家因金属有机框架的形成而获奖。安塔这不仅拓展了化学研究的边界,而且对能源、环境和材料科学也有深远的影响。什么是金属有机骨架?金属有机框架是一种独特的“分子结构”。它以金属离子为“角点”,以有机碳为基础的分子作为“梁和柱”相互连接,产生规则的、恰到好处的三维晶体结构。框架内部充满了宽敞的空腔,气体或液体分子可以在内部移动并独立显示。这种结构可用于从空气沙漠中提取水分、获取二氧化碳、储存有毒气体或培养化学反应等用途。一些金属有机材料具有很强的吸附和储存能力,可以容纳大量的气体分子,例如氢气、甲烷或二氧化碳。因此,它们在清洁能源储运、碳提取等领域表现突出。另外,这种类型当主持或释放气体时,材料会发生反向变形,表现出灵活性,并且能够在不损坏现有框架的情况下拉伸。这种结构由连贯的金属离子和有机分子形成,具有坚固的框架和设计灵活性。科学家可以选择不同的金属离子和有机分子,像建筑师一样“定制”材料的性能,开发出具有不同性能的金属有机框架。金属有机框架的出现改变了传统化学的研究思路。这不仅意味着一类新材料的诞生,也代表了一种落下程序的技术——化学家可以在分子层面主动进行“空间规划”,用合理的设计来取代以往依赖偶然发现的实验研究。 “分子宫殿”终于在 20 世纪 80 年代成为现实,罗布森试图以新的方式利用原子的性质。他结合了立场带电荷的铜具有四个“武器”的有机分子,每个武器的末端都有吸引铜离子的化学基团。当两者结合在一起时,就形成了整齐空洞的晶体,如一座“分子宫殿”。罗布森立即认识到这种分子结构的潜力。但早期的材料是脆弱且容易倒塌的结构。 1989年,罗布森在《美国化学会杂志》上发表了这一成果,并提出这一设计思想可以为生产具有全新性能的材料提供一条途径。然而,当时大多数化学家认为他的想法没有实用价值。北川进和奥马尔·M·亚吉为罗布森的愿景奠定了坚实的基础。 1992年至2003年间,他们取得了一系列成功成果。 Susumu Kitakawa已经证明气体可以自由进出不破坏结构的金属有机框架,体现了其灵活性; Omar M. Yaghi 创造了一种高度稳定的金属-有机情节并被证明是通过合理设计赋予其新的有利特征。 1999年,Omar M. Yaghi合成了经典的MOF-5材料,具有较大的内部空间,并且可以在300摄氏度下保持稳定。在此基础上,化学家构建了数千种不同的金属有机骨架材料,其中许多有潜力帮助人类应对关键挑战。让分子传递人类。诺贝尔化学委员会委员、斯德哥尔摩大学结构化学系教授邹晓东在接受新华社采访时表示,这一胜利是化学领域的重要发现。获奖者首次实现了金属离子与有机分子的适当结合,成功设计了一种结构具有更大孔的晶体,为空间受控的化合物的合成提供了新方法。如今,研究人员利用这项技术来寻找解决方案人类面临资源、能源、环境的挑战。在环境领域,金属有机骨架可以吸收二氧化碳,减少温室气体泄漏;它们可以从水中分离“永久性污染物”,例如全氟烷基物质和多氟烷基物质(PFAS);它们还可以分解残留的抗生素和有害气体。在能源领域,可用于储存氢气和甲烷,为新能源运输提供更安全、更好的储气方法;它们还可用于催化反应和电化学烯变化。 “目前这一领域的研究发展很快,全球有大量科研团队投入其中。据我了解,中国有100多个实验室正在开展研究。”邹晓东说道。金属有机框架展现了化学的创造力和社会价值。三位获奖者利用他们的发现为化学的未来打开了一扇“新门”,使分子世界更加广阔,给人们在科学空间里提供了更大的可能性。