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中新經緯10月13日電 題：諾獎青睞的“化學樂高”有多神奇？
作者 袁帥 南京大學化學化工學院、配位化學國家重點實驗室教授
近日，日本京都大學的北川進、澳大利亞墨爾本大學的理查德·羅布森以及美國加州大學伯克利分校的奧馬爾·M·亞吉三位科學家，因在“金屬有機框架”(MOF)領域的開創性貢獻，獲得2025年諾貝爾化學獎。
化學界的“樂高”
什么是金屬有機框架？從學術定義來看，金屬有機框架是由金屬離子或金屬團簇和有機配體，通過配位鍵自組裝形成的三維框架結構。這個專業名詞恰如其分地概括了其組成和特性——“金屬”“有機”和“框架”。
如果用更通俗的比喻來解釋，MOF就像分子世界的樂高積木。金屬節點相當于樂高的凸點，有機配體則如同連接桿，科學家們利用這些分子級別的“積木塊”，可精心搭建起一座座精美的“樂高大廈”。
這些“大廈”的最獨特之處在于，它們不是實心的，而是空心的結構，內部有無數個“房間”，房間之間由“走廊”相互連接。在材料科學中，我們稱這種結構為多孔結構。每一個孔洞或“房間”都可以容納“客人”——即吸附各種分子。
與傳統的多孔材料如沸石和活性炭相比，MOF有著顯著優勢。沸石和活性炭已經實現工業化應用，它們的優勢在于成本低廉。不過，這些材料雖然都具有豐富的孔結構，但它們的孔道要么是天然形成的，要么是基于經驗合成或改造的，缺乏定向性，很難實現在原子級別上的精準控制。MOF則完全不同。回到樂高積木的比喻，它更像是能夠按照設計圖紙精確拼裝的樂高模型。MOF的兩個組成部分——金屬和有機配體，提供了幾乎無限的組合可能性。元素周期表中的大多數金屬都可以用來構建MOF，而有機配體的種類更加豐富多樣，有機配體還可以有不同的長度和各種官能團(有機化合物分子中能夠決定化合物主要化學性質的原子或原子團)。科學家可以根據需求選擇特定的金屬和有機配體。這種高度的可設計性使得研究人員能夠在分子層面上精確調控孔洞的大小、形狀和化學環境，這是傳統多孔材料無法比擬的優勢。
