▲2025年诺贝尔化学奖将授予北川进、理查德·罗布森和奥马尔·M·八木。据诺贝尔奖委员会官网央视新闻报道，当地时间10月8日，瑞典皇家科学院决定将2025年诺贝尔化学奖授予北川进、理查德·罗布森和奥马尔·M·八木三位科学家，以表彰他们对金属有机框架发展的贡献。总的来说，三位获奖者创造了具有大空间的分子结构，气体和其他化学物质可以通过。这些结构是金属有机框架（MOF），可用于从沙漠空气中收集水、捕获二氧化碳、储存有毒气体和催化化学反应。定义 21 世纪的物质 1989 年，理查德·罗布森 (Richard Robson) 使用新方法创造了一种新的化学基础分子。他将带正电的铜离子与四臂分子结合，形成吸附在铜上的化学基团。每个臂末端都有一个铜离子。当它们聚集在一起时，就会形成有序而宽敞的晶体，就像填充无数空间的钻石一样。这是有机金属骨架。尽管这种分子结构在理论和实践上都具有巨大的潜在价值，但它不稳定，很容易崩溃。后来北川进和阿吉为这个化学组的稳定实际应用奠定了坚实的基础。 1992年至2003年间，他们取得了一系列革命性的发现。 Susumu Kitakawa 的研究表明，气体可以进入和离开有机金属结构，预测有机金属结构可以变得更加灵活。 Yaghi 证明，可以创建高度稳定的有机金属结构，并通过合理设计对其进行修改，以赋予新的所需性能。罗布森创造了金属有机结构，北川进和八木对金属有机结构进行了提炼和合理设计，赋予了其可能的领域在生产、生活中的应用、范围和方式。诺贝尔化学委员会主席Heiner Link表示：“金属有机框架具有巨大的潜力，为具有新功能的定制材料提供了前所未有的机会。”经过多年的研究、开发和改进，Arc金属有机骨架已成为一种用途极其广泛的新材料，可用于制造多种产品。有机金属骨架是由金属离子（或基团）和有机配体通过配位键连接组成的多孔材料。这种结构创建了一个高度有序的三维网状网络，其中包含大的可调孔。有机金属结构不仅具有金属的活性，还具有有机配体的柔性、化学官能团的选择性等理化性质，以及配位形成的特殊空间结构。由于这些的完美结合特殊元素、有机金属结构预计将成为 21 世纪的决定性材料。金属有机框架具有广泛的潜在应用并且用途极其广泛。对于通用超多孔纳米材料，1克金属有机骨架的内表面积可以覆盖比足球场还大的面积。目前，化学家已经设计了超过 88,000 种不同的金属有机结构。现有研究表明，金属有机结构可用于气体储存和分离，例如氢气储存和二氧化碳捕获。可作为异相催化剂来促进化学反应。它还可以用作检测气体或特定化学分子的传感器。它还可用于运输药物，将药物封装在有机金属结构的孔隙内，以便按需释放。迄今为止，金属有机框架最有价值的应用是药物输送。药物分子常常通过氢键、π-π堆积、配位相互作用、静电相互作用等吸附在金属有机骨架的孔或表面上，使金属有机骨架成为药物的控释载体。例如，PCN-221是一种低细胞毒性的卟啉有机金属结构，对用于治疗癌症和自身免疫性疾病的药物甲氨蝶呤具有较高的载药能力。甲氨蝶呤通过扩散进入PCN-221的孔道中，与PCN-221之间的π-π相互作用和氢键作用实现缓释到生理环境中并维持有效药物浓度。此外，某些有机金属结构可以通过共结晶转运胰岛素并治疗糖尿病。您还可以接受治疗。除了将药物分子负载到有机金属支架的孔或表面外，药物还可以通过药物分子内的可用配位位点与特定的金属离子结合。ecules，允许药物直接参与有机金属支架的形成，作为药物输送的有机配体。药物。在全球气候变化的背景下，金属有机结构可以通过捕获废气中的碳来有效减少碳排放。 2022年，加拿大研究人员将开发出一种名为CALF-20的有机金属结构，可以有效捕获废气中的碳。 CALF-20在1.2个大气压和室温下可吸附约自身重量18%的CO2，并在各种混合气体中保持优异的CO2选择性吸附能力。即使在相对湿度为 40% 的环境中，CALF-20 也能抑制水蒸气并吸收二氧化碳。有机金属结构还可以通过吸收空气中的水蒸气并在温度升高时释放水来从沙漠中收集水。该技术特别适用于世界各地的沙漠地区，如非洲的撒哈拉沙漠、Ar亚洲和非洲的阿比安沙漠、亚洲的塔克拉玛干沙漠和戈壁沙漠、南美洲的巴塔哥尼亚沙漠。该技术目前正在实验室试验和沙漠环境中的现场试验中进行测试。初步结果显示，异有机金属结构每天每公斤可收集供应1升以上的水，水质非常干净。此外，这种金属有机结构装置不依赖电力，可以利用温度变化来收集水，使其成为一种清洁能源解决方案。未来，这将是解决沙漠、干旱地区生活、生产供水问题的有效途径。今年的诺贝尔化学奖颁发给有机金属结构的发现和应用，表明此类材料和产品在未来具有巨大的前景，有潜力为人类社会带来巨大的利益。会议。文：张天侃（科普作家）编辑/校对徐秋英 / 杨旭丽