北京时间今晚，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）、理查德·罗布森（Richard Robson）和奥马尔·亚基（Omar M. Yaghi）三位科学家，以表彰他们“发展了金属-有机框架（metal-organic frameworks）”。

简单来说，他们开创了一种全新的分子建筑学。他们创造的这些结构——金属-有机框架（简称MOFs），内部含有巨大的空腔，就像是为分子建造的微型公寓，可以让其他分子自由进出。

图源：Johan Jarnestad/瑞典皇家科学院

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），以表彰他们在金属有机框架（MOFs）开发领域的开创性贡献。三位获奖者将平分 1100 万瑞典克朗（约合人民币 834.5 万元）的奖金。

核心贡献：分子级 “建筑革命”

金属有机框架是一种由金属离子或金属簇与有机配体通过配位键自组装形成的三维多孔材料。其结构宛如 “分子级笼子”，内部具有高度规则的空腔和通道，可精准吸附、储存或催化特定物质。三位科学家的突破体现在：

基础理论奠基

理查德・罗布森于 1989 年首次通过铜离子与四臂分子构建出具有空腔的晶体结构，揭示了这类材料的自组装潜力。尽管早期材料稳定性不足，但他的工作为后续研究奠定了基础。

功能化与实用化突破北川进在 1997 年证明 MOFs 可实现气体的可逆吸附与释放，并发现其柔性特性 —— 材料可随客体分子的进出改变形状，类似 “呼吸” 过程。这一发现为动态材料设计开辟了道路。奥马尔・亚吉于 1995 年正式命名 “金属有机框架”，并在 1999 年开发出 MOF-5。这种材料仅几克的表面积就相当于一个足球场，且能在高温下保持稳定，成为该领域的标志性成果。他还通过理性设计构建了数万种 MOF 变体，赋予材料多样化功能（如储氢、碳捕获）。

科学价值与应用前景

MOFs 的多孔性、可设计性和高比表面积使其在能源、环境、医药等领域展现出巨大潜力：

能源与环境气体储存与分离：MOFs 可高效储存氢气、甲烷等能源气体，为氢能汽车提供轻量化储氢方案。例如，亚吉团队开发的 MOF 材料可在常压下储存氢气，显著提升安全性。碳捕获：MOFs 的高吸附容量可用于工业废气中二氧化碳的捕集，助力 “双碳” 目标。例如，CALF-20 等 MOF 材料已在加拿大工厂进行测试。水资源获取：某些 MOFs 可从沙漠空气中吸附水蒸气，通过昼夜温差释放纯净饮用水，为干旱地区提供解决方案。

工业与医药催化与分离：MOFs 的空腔可精准定位催化位点，用于石油裂解、药物合成等反应。例如，MIL-101 可降解水体中的原油和抗生素。药物递送：MOFs 可作为载体包裹药物，通过靶向释放减少副作用。例如，ZIF-8 等材料已在肿瘤治疗中展现潜力。环境修复：MOFs 可吸附水中重金属、PFAS 等污染物，或通过光催化降解农药残留。

材料科学范式革新

三位科学家的工作开创了 “网格化学”（Reticular Chemistry）这一新兴领域，使材料设计从 “试错法” 转向 “精准定制”。通过改变金属节点和有机配体的组合，化学家可按需构建具有特定功能的材料。

科学家的个人轨迹

北川进：京都大学副校长，早年研究曾因 MOFs “实用性不足” 遭质疑，但他坚持探索，最终在 74 岁斩获诺奖。他强调 “有创意的想法比昂贵设备更重要”，并呼吁改善科研人员待遇。

理查德・罗布森：墨尔本大学教授，职业生涯几乎全部在该校度过。他最初因制作教学模型的任务偶然进入该领域，谦逊地表示自己 “只是做了本职工作”。

奥马尔・亚吉：出生于约旦难民家庭，通过科研改变命运。他创立全球科学网络，帮助发展中国家学者参与研究，并将 MOF 技术商业化，推动碳捕获和大气水收集的实际应用。

对未来的启示

MOFs 的研究不仅是化学领域的突破，更体现了基础科学向解决全球挑战的转化。正如诺贝尔化学委员会主席海纳・林克所言：“金属有机框架为定制化新材料带来了前所未有的机遇。” 从沙漠取水到碳封存，从高效催化到精准医疗，这一 “分子级建筑” 正重塑人类与物质世界的互动方式。随着制备成本降低（部分 MOF 已降至约 1 元 / 克），其大规模应用或将加速到来。