2025年诺贝尔化学奖授予可能彻底改变绿色技术的晶体材料
三位科学家因发现一种新的分子结构形式：包含大空腔的晶体而获得 2025年诺贝尔化学奖。
（蜘蛛网eeook.com）据对话（约翰·格里芬）：三位科学家因发现一种新的分子结构形式：包含大空腔的晶体而获得 2025年诺贝尔化学奖。
来自日本京都大学的 Susumu Kitagawa、来自澳大利亚墨尔本大学的 Richard Robson 和来自美国加州大学伯克利分校的 Omar M. Yaghi 将分享 1100 万瑞典克朗（87 万英镑）的奖金。
该奖项旨在表彰三位科学家在开发金属有机框架 （Mofs） 方面的开创性贡献。Mofs 是一类多样化的晶体材料，由于其结构中存在微观开放空腔，在化学中引起了广泛关注。他们正在帮助彻底改变绿色技术，例如从沙漠空气中收集水和捕获二氧化碳。
空腔的宽度范围可以从几埃（埃是等于一亿分之一厘米的长度单位）到几纳米（百万分之一毫米）。这意味着它们太小了，无法用肉眼甚至大多数形式的显微镜看到。但它们的尺寸非常适合容纳各种分子。
Mofs 的发展可以追溯到 1950 年代后期，当时研究人员开始发现“配位聚合物”。这些材料由金属离子（失去或获得电子的原子）和称为连接子的碳基桥接分子组成。这些材料不含空腔，但它们基于后来产生 Mofs 的相同金属有机化学。
在 1980 年代后期，Robson 的研究小组报告说，一些配位聚合物可以制备为类似框架的结构，其中至关重要的是，碳基连接剂在液体溶剂分子簇周围形成三维排列。正如罗布森的研究文章中提到的，这揭示了“一种不寻常的情况，即毫无疑问是晶体的大约三分之二的内容实际上是液体。
在 1990 年代中后期，Yaghi 的团队证明，即使在溶剂分子从空腔中取出后，也可以制备出保留其结构的配位聚合物。这是一个令人惊讶的结果，它消除了普遍的假设，即这种框架很脆弱，如果去除溶剂就会崩溃。
1997年，北川的研究小组表明，开放的空腔可以用来吸收气体分子。他还表明，在许多情况下，框架本身会随着气体分子被吸收而膨胀，并在释放时收缩。这些具有永久开放型腔的配位聚合物后来被称为 Mofs。
这三位科学家的发现有效地标志着现代 Mof 化学的诞生，此后发表了数千篇关于他们的研究文章。
应用范围广
为什么 Mofs 对化学家如此有趣？Mofs 内的微观空腔为化学发生提供了一个独特且可控的位置。Mofs 的一个关键应用是储气。在许多情况下，这些材料可以将气体保持在比自由气态高得多的密度。
这为燃料电池动力汽车等绿色技术提供了显着优势，在这些技术中，氢燃料必须尽可能高效地运输。许多 Mofs 对特定气体特别有效，这意味着它们还可以帮助分离废气流中的气体混合物，或从空气中捕获二氧化碳以减轻全球变暖的影响。
Mofs 还可以作为空腔中发生的化学反应的有效催化剂。Mofs 作为催化剂的主要优势之一是，化学家可以相对简单地切换和交换金属和碳基连接剂，以便针对特定目的调整性能。
除了气体分子，Mofs 还可以容纳其他小分子，例如药物。这意味着它们可用于储存药物并将其输送到特定目标，其中它们的多孔性质允许控制治疗化学物质的释放。
近年来，Mofs 在许多其他应用中显示出前景，包括电池、热能存储和化学传感器（可以监测和检测污染物等化学品的设备）。令人兴奋的是，还有许多其他应用有待探索。
尽管 Mofs 在三十多年前就被发现，但它仍然是材料化学领域最热门的研究领域之一，并且无疑将在未来许多年内如此。
