【教视科普】始于幻想，摘下诺奖！|| 2025年诺贝尔奖（3）化学奖

化学研究，需要科学家的想象力。

欧洲中部时间10月8日11:45，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·M·亚吉（Omar M. Yaghi），以表彰他们“开发了金属有机框架（MOF）”。

诺贝尔化学奖委员会主席海纳·林克：

MOF具有巨大潜力，

为定制具有新功能的材料带来

以前无法预见的机会。

让我们先来了解一下这三位科学家。

获奖者：北川进（Susumu Kitagawa）

国籍：日本

出生：1951年

学位：日本京都大学 博士学位

现职：日本京都大学iCeMS主任、国际高等教育院杰出教授

科研能力：他将“配位聚合物”提升到“多孔配位聚合物”的概念，最早通过高压气体吸附实验证明了这类材料具有让分子进入的孔道，是证明其多孔性的第一步。

北川进（Susumu Kitagawa）

获奖者：理查德·罗布森（Richard Robson）

国籍：英国

出生：1937年

学位：英国牛津大学 博士学位

现职：澳大利亚墨尔本大学化学系名誉教授

科研能力：他将晶体化学“顶点与边”的基本几何原理引入了框架材料的研究。

理查德·罗布森（Richard Robson）

获奖者：奥马尔·M·亚吉（Omar M. Yaghi）

国籍：美国籍约旦裔

出生：1965年

学位：美国伊利诺伊大学厄巴纳分校 博士学位

现职：美国加利福尼亚大学伯克利分校教授

科研能力：他是金属有机框架（MOF）和共价有机框架（COF）等相关领域的开拓者和奠基人。

奥马尔·M·亚吉（Omar M. Yaghi）

一、MOF，带来一场材料学革命

首先，什么是MOF？

简单说，就是给分子盖公寓，

还让分子拎包入住。

我们可以把MOF想象成微观世界的“搭积木”：

一个金属离子作为核心，

周围通过配位键连接上各种有机配体，

从而搭建出各种各样、形状各异的框架结构。

其次，MOF有什么用？

这项发现不仅拓展了化学的边界，

更打开了通向可持续未来的门。

有望在材料科学领域带来根本性创新，

并对学术界和工业界产生广泛影响

那么，MOF与我有关？

对，息息相关！

化学家们已构建出数万种不同的金属有机框架，

其中部分有望助力解决人类面临的重大挑战。

过去数十年间，

全球实验室研发的各类金属框架中，

有的专为捕获二氧化碳而定制，

有的擅长从水中分离全氟烷基物质，

有的能在体内精准递送药物，

还有的能储存剧毒气体。

二、奇瑰想象，打破框架

打造金属有机框架的研究故事是从

“跳出框架”开始的。

1974年，任教于澳大利亚墨尔本大学的

理查德·罗布森承担了一项教学任务：

将木球制成原子模型供学生构建分子结构。

当工坊送回钻孔木球后，

罗布森尝试组装分子模型。

在这个过程中他发现，

孔洞位置中蕴含着大量关键信息，

由于钻孔定位精确，

分子模型自动呈现出正确的形态与结构。

这催生出他突破性的构想：

若利用原子固有特性连接不同种类的分子，

会发生什么？

能否由此设计出新型分子结构体系？

1989年，他创新性地利用原子的固有特性，成功将带正电荷的铜离子与一种四臂分子结合——该分子每条臂的末端均含有亲铜化学基团。

二者的结合形成了一种高度有序、空间开阔的晶体结构，宛如一枚布满了无数孔隙的钻石。但这种结构不稳定且极易塌陷。

随后，

北川进和奥马尔·M·亚吉

为这项创新打下了坚实的基础。

北川进证实了

气体可在这种分子结构中自由进出，

并预言金属有机框架具备可变形性；

亚吉则创造出高度稳定的金属有机框架，

而且改良后使其具备了新颖而理想的特性。

三位科学家拥有超强想象力，

他们将想象力付诸实践，

并构思出假说，

最终缔造出美丽的“分子公寓”。

想象力比知识更重要，

因为知识是有限的，

而想象力概括着世界上的一切，

推动着进步，

并且是知识进化的源泉。

 ----爱因斯坦

三、因为预见，所以遇见

对于科学家而言，

除了想象，

还有什么品质更重要呢？

那，就是预见。

1989年，罗布森指出MOF或许能为材料构建开辟全新路径；

1998年，北川进列举MOF能够形成柔性材料；

1999年，亚吉发现几克MOF-5的内部表面积相当于一个足球场……

因为预见，所以遇见。

科研人员确信

金属有机框架蕴藏着巨大的应用潜力，

有望成为21世纪的代表性材料。

尽管未来发展仍需时间验证，

但三位科学家从0到1的开创性工作，

已为应对现实挑战提供了全新解决方案。

预见，

不是毫无根据的臆想，

而是根据已知条件的科学原理，

对未知的量及其关系的似真推断。

它既有逻辑成分，

又有非逻辑成分。

因此，

它具有一定程度的科学性，

又具有很大程度的假定性。

预见，决定方向。

预见，需要智慧。

预见，不可回避失败。

特别感谢

武汉光化学技术研究院董洪明常务副院长和刘京博士的指导帮助。