科學家北川進(Susumu Kitagawa)、理查德‧羅布森(Richard Robson)和奧馬爾‧亞基(Omar Yaghi)於周三(10月8日)共同贏得2025年諾貝爾化學獎。他們在開創性金屬有機框架(Metal-Organic Frameworks, MOFs)研究中,開發了一種被譽為「Hermione’s handbag」(哈利波特劇集中的一款包)的材料,能以小巧體積儲存巨大容量,有望協助人類應對能源儲存、污染治理和淡水資源匱乏等嚴峻挑戰。
外表小巧、內藏玄機的分子結構
MOFs是一種具有高度多孔性的晶體狀結構,由金屬原子和有機分子交織而成,內部擁有巨大空間,能讓氣體和其它化學物質流經其中。
瑞典王家科學院表示,這些材料具有驚人的表面積——一小塊大約糖塊大小的多孔材料,其表面積可能相當於一個大型足球場。諾貝爾化學委員會成員奧洛夫‧拉姆斯特羅姆(Olof Ramstrom)生動地形容,「少量這樣的材料,幾乎就可以像《哈利波特》中妙麗(Hermione)的手袋一樣。它可以在極小的體積內儲存大量氣體。」
諾貝爾化學委員會主席海納‧林克(Heiner Linke)則將MOFs內部巨大的腔體比作「旅館裏的房間」,可供客體分子進出。
應用:從水資源到清潔能源
MOFs的突破性在於其可設計性和廣泛的應用潛力。目前,MOFs已被證實可用於:
環境治理:從沙漠空氣中採集水分、捕獲二氧化碳、儲存有毒氣體,以及從水中分離有毒的PFAS(俗稱「永久化學品」)並分解環境中的藥物痕跡。
清潔能源:儲存氫氣(hydrogen),這對未來的清潔能源發展至關重要。
獲獎者之一的北川進是日本京都大學教授。他在新聞發布會上表示,他的夢想是捕獲並分離空氣中的元素(如二氧化碳和水),然後利用可再生能源將其轉化為有用的材料。瑞典王家科學院肯定,化學家已構建數萬種不同的MOFs,其中一些可能有助於解決人類面臨的一些最大挑戰。
科學奠基與學術背景
MOFs的概念由英國出生、在澳洲墨爾本大學擔任教授的羅布森首先提出,但其最初結構並不穩定。最終是美國加州大學伯克利分校教授、約旦裔美國科學家亞基通過嚴謹的晶體學方法,設計並創建了第一個穩固、耐用的金屬有機框架(MOF-5),徹底點燃了這個領域的發展。
化學獎是今年頒發的第三個諾貝爾獎項,獲獎者將分享1,100萬瑞典克朗(合120萬美元)的獎金。按照傳統,2025年諾貝爾獎的第四個獎項——文學獎將於周四公布。
諾貝爾本人是一位化學家,他在該領域的發展為他於19世紀發明炸藥所積累的財富奠定了基礎。去年的化學獎頒給了美國科學家大衛‧貝克(David Baker)和約翰‧詹珀(John Jumper)以及英國人戴米斯‧哈薩比斯(Demis Hassabis),以表彰他們在解碼和創造新蛋白質結構方面的工作。#
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