解读2025年诺贝尔化学奖:在分子世界里"造房子"

如果一名房地产中介负责推销分子世界的房产，他或许会说：“这是一间宽敞明亮、专为水分子量身定制的单身公寓。”

这样的“房子”确实存在。它们是由科学家精心设计的分子建筑——金属有机框架（MOF）。今年，诺贝尔化学奖授予日本科学家北川进、澳大利亚科学家理查德·罗布森和美国科学家奥马尔·亚吉，以表彰他们在MOF材料开发方面的开创性贡献。

这种新型分子结构内部拥有大量空腔，分子可在其中自由进出。得益于三位科学家的工作，化学家如今已能设计出数以万计的不同MOF，为化学领域带来一连串“奇迹”。

理查德·罗布森：“分子建筑”灵感源自一节化学课

科学发现常始于“跳出框架”的思考。2025年诺贝尔化学奖的故事，源自一节普通的化学课准备。

1974年，理查德·罗布森正在为课堂制作分子模型，他用木球代表原子、木棒代表化学键。摆弄间，他灵光一现：如果能像拼积木一样，让原子或分子依照其化学特性自行连接，能否构建出新的“分子建筑”？

直到十多年后，他终于动手验证这一想法。罗布森将带正电的铜离子与四臂分子相结合，结果这些分子像钻石晶格一样自组装成规则的三维晶体结构，不同的是，这种晶体内部竟有大量空腔。1989年，他在《美国化学会志》上发表成果，首次提出这类分子网络的潜力，预言它们将赋予材料前所未有的性质。

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理查德·罗布森的灵感来源于钻石的结构，钻石中的每个碳原子都与其他四个碳原子连接，形成金字塔状的结构。

此后，罗布森陆续合成出多种含空腔的分子网络，并证明这些结构内部的离子可以互换，从而让物质进出。他展示了可按需设计的分子晶体，并提出这种材料可用作催化剂。尽管早期材料脆弱、易分解，被认为“没用”，但罗布森已打开了“分子建筑”的大门。

北川进：让“无用之物”变得有用

20世纪90年代，北川进接过了罗布森探索的火种。他奉行的信条是：“要看到‘无用之物’的用处。”

1992年，北川进构建出一种二维分子材料，分子之间形成可容纳丙酮分子的空腔。虽然功能有限，但这代表一种全新的分子设计思维。他同样用金属离子作为“支点”，以有机分子相连。