北京时间10月8日17时45分,2025年诺贝尔化学奖揭晓。瑞典皇家科学院决定将该奖项授予北川进(Susumu Kitagawa)、理查德·罗布森(Richard Robson)和奥马尔·亚吉(Omar M. Yaghi),以表彰三位科学家在金属有机框架材料(MOF)开发方面的贡献。三位获奖者将平分1100万瑞典克朗(约合836万元人民币)的奖金。
北川进1951年出生于日本京都,1979年获得京都大学博士学位,现任京都大学教授,是日本第27位获得自然科学类诺贝尔奖的得主(含三位美籍)。就在10月6日,大阪大学教授坂口志文刚获得2025年诺贝尔生理学或医学奖。
奥马尔·亚吉1965年出生于约旦安曼,1990年获美国伊利诺伊大学香槟分校博士学位,现为加州大学伯克利分校教授。他因杰出研究成果曾于2018年获沃尔夫化学奖,该奖项素有“诺贝尔奖风向标”之称。
理查德·罗布森1937年出生于英国格勒斯本,1962年获牛津大学博士学位,现任澳大利亚墨尔本大学教授。
诺贝尔化学奖委员会主席海纳·林克(Heiner Linke“https://www.nbattk.cn/xinwen/zuqiu/1411.html”)表示:“金属有机框架具有巨大潜力,为量身定制、具有新功能的材料带来了前所未有的可能性。”
上海科技大学2060研究院副院长章跃标在接受澎湃科技采访时称:“我们每一年都会期待MOF技术拿诺奖,今年拿到奖是众望所归。”章跃标曾于2011年至2015年在奥马尔·亚吉门下从事博士后研究。同样曾为亚吉博士生的复旦大学化学系教授李巧伟也表示,金属有机框架概念已有30年发展,今年诺奖颁发给三位科学家“实至名归”。
MOF为何被视为颠覆性创新?
金属有机框架是由金属中心和有机配体组成的结构,可被视作“纳米级建筑”:有机分子为“支柱”,金属离子为“连接节点”,共同构建具有连通空间的三维框架。这种结构在分子尺度上形成“空间化学”,使晶体或小分子可在纳米空间中有序排列与运动,从而实现吸附、储存、分离与转化等功能。
1989年,理查德·罗布森尝试将带正电的铜离子与四臂分子结合,形成结构有序、空间宽阔的晶体,类似充满空腔的“分子钻石”。当时很少人相信可用有机化学方法做出稳定晶体结构。罗布森意识到其潜力,但结构不稳定。随后,北川进和奥马尔·亚吉为该方法奠定基础。
1995年,奥马尔·亚吉首次系统提出MOF概念,并发表奠基性论文《含大矩形孔道的金属有机框架的水热合成》,通过水热反应构筑出具有规则稳定孔道的MOF晶体,展示其“可设计性”和“永久孔隙性”,标志着MOF研究领域的开端。
北川进在20世纪90年代提出并验证气体分子可逆进出MOF(资料来源:https://www.nbattk.cn/xinwen/zuqiu/1406.html)结构,揭示其“可呼吸”多孔性;他还预测并验证MOF可具有柔性,即在吸附或释放分子时结构发生可逆变化。
据诺贝尔奖官网,在三位获奖者突破性发现后,化学家已构建数万种不同类型MOF。其中一些可能有助于解决人类重大挑战,如从水中分离全氟辛烷磺酸、分解环境中痕量药物、捕获二氧化碳或从沙漠空气中获取水。
MOF应用最有可能在中国先落地
奥马尔·亚吉是MOF和共价有机框架等领域的开拓者,在功能多孔材料的合成及应用(如氢气、甲烷储存,二氧化碳捕集,气体分离,水捕集“https://www.nbattk.cn/xinwen/zuqiu/1405.html”)方面做出开创性贡献,掀起相关研究热潮。
李巧伟表示,亚吉非常重视基础研究,是一位值得敬佩的老师。章跃标称亚吉“非常有魅力”,团队欢迎中国科研人员加入,“他对我们说得最多的是‘Work Harder’”。他认为,此次获奖是新的起点,将让公众重新关注该材料的价值,未来或有更好商业应用。
相比传统多孔材料如沸石,MOF引入有机成分,曾被认为成本较高。但章跃标指出,可通过选择廉价有机配体、大规模合成及无溶剂绿色工艺来降低成本、提高效率。MOF(资料来源:”https://www.nbattk.cn/xinwen/zuqiu/1404.html“)的潜力在于创造高于成本的应用价值,具备良好商业化前景。
章跃标认为,未来MOF研究将逐步走向工业化和实际应用,尤其在中国。中国拥有完整供应链、成熟工程师团队、巨大市场基础,以及在绿色科技与碳中和目标上的高标准投入,使该技术最有可能在中国落地。
化学正变成万物之交点
2025年诺贝尔化学奖曾被视为“最难预测”,此前预测热门包括单原子催化、绿色电池和生物分子凝聚体。科普达人包坤认为,诺贝尔奖委员会反映出化学不再是“独立学科”,而是连接一切科学的桥梁。材料、生物、AI等科学均依赖化学,近年来DNA结构发现、电池、晶体管、蛋白质结构预测等(资料来源:”https://www.nbattk.cn/xinwen/zuqiu/1403.html“)获奖或入围,说明化学正成为“万物之交点”,映射人类理解世界的方向。
自1901年以来,诺贝尔化学奖共颁发116次,获奖者195人。最年轻获奖者为弗雷德里克·约里奥(35岁),最年长者为约翰·B·古迪纳夫(97岁)。
近三年诺贝尔化学奖回顾:
2024年:授予大卫·贝克(计算蛋白质设计),以及丹米斯·哈萨比斯和约翰·乔普(蛋白质结构预测)。
2023年:授予蒙吉·巴文迪、路易斯·布鲁斯和阿列克谢·伊基莫夫(发现和合成量子点)。
2022年:授予卡罗琳·贝尔托西、摩顿·梅尔达尔和卡尔·巴里·夏普利斯(点击化学和生物正交化学)。