2025诺贝尔化学奖揭晓：三位学者开拓材料学新域 引领功能材料革新

瑞典皇家科学院宣布，将2025年诺贝尔化学奖授予日本京都大学教授北川进、澳大利亚墨尔本大学教授理查德·罗布森以及美国加州大学伯克利分校教授奥马尔·亚吉，以表彰三人在金属有机框架材料领域作出的开创性贡献。这项突破性研究为新型功能材料的设计与合成开辟了全新路径，相关成果已在能源存储、气体分离及环境治理等领域展现出广阔应用前景。

金属有机框架（MOF）作为多孔配位聚合物的典型代表，其发展历程可追溯至20世纪中叶。1959年，日本化学家齐藤喜彦团队首次通过铜离子与有机二腈单元连接，制备出具有不同孔径的晶体结构。1964年，美国化学家约翰·贝勒提出"配位聚合物"概念，将这类含重复单元的拓展型结构与有机聚合物区分开来。1989年，罗布森教授与同事伯纳德·霍斯金斯提出"节点-连接"理论，通过铜离子与四氰基四苯甲烷配体的配位网络，实现了特定拓扑结构的定向设计，为MOF的理性合成奠定基础。

三位获奖者的研究呈现明显的代际传承特征。现年88岁的罗布森教授自1966年起执教于墨尔本大学，其早期工作揭示了金属-配体相互作用在构建三维框架中的关键作用。1995年，美籍约旦裔化学家奥马尔·亚吉在溶剂热条件下合成首例基于联吡啶和铜离子的刚性框架，并首次提出"金属有机框架"术语。他开发的次级构造单元理论，通过引入带电有机配体显著提升了材料的结构稳定性，使永久多孔性成为MOF的标志性特征。

日本学者北川进教授的研究则推动了功能导向的框架设计。1997年，其团队发现金属吡啶配位聚合物在室温下对甲烷、氮气等气体具有可逆吸附能力，该成果催生了"多孔配位聚合物"概念。相较于强调结构刚性的MOF，PCP定义涵盖柔性框架等更广泛体系。2019年，北川进提出第三代、第四代PCP/MOF概念，将研究拓展至软多孔晶体、杂化框架等新型态，引入缺陷工程、非对称结构等创新维度。

在应用层面，MOF材料已展现出颠覆性潜力。德国巴斯夫公司率先实现MOF工业化生产，其产品应用于高压甲烷存储和催化反应。初创企业NovoMOF开发的MOF保鲜技术可将果蔬保质期延长三倍；Water Harvesting Inc.利用MOF材料从干燥空气中提取饮用水，单日产水量达10升/公斤材料。医疗领域，藤田诚教授开发的"结晶海绵"技术通过多孔框架固定小分子，成功实现毫克级有机物结构解析，将制药行业分子结构测定成本降低80%。

学术界普遍认为，此次诺贝尔奖授予MOF领域具有里程碑意义。自1999年HKUST-1和MOF-5两种经典三维刚性框架报道以来，全球已有5100余家机构开展相关研究，发表学术论文超2.7万篇。市场调研显示，MOF材料市场规模预计将以年均34%的速度增长，2024年产值将突破4亿美元。随着网格化学理论的完善，化学家正从原子级精度控制迈向框架级物质操控，为碳达峰、碳中和目标提供关键材料支撑。