科学家因金属有机框架研究荣获诺贝尔奖

新型分子结构的开拓之路

理查德·罗布森（澳大利亚墨尔本大学）于1989年开启金属有机框架（MOFs）研究。他通过将带正电荷的铜离子与四臂分子结合，探索利用原子固有特性的新路径——每个分子臂末端均含有对铜离子具有吸引力的化学基团。

虽然其分子结构稳定性不足易坍塌，但这种组合最终形成了有序、多孔的金刚石状晶体，内部布满无数空腔。

稳定性难题由北川进（日本京都大学）与奥马尔·亚吉（美国加州大学伯克利分校）在1992至2003年间分别攻克。北川证实气体可在结构中自由穿透，并预言MOFs可具备柔韧性；亚吉则创造出高稳定性MOF，通过理性设计赋予其新颖特性。

三位科学家将共享1100万瑞典克朗（约100万欧元）奖金。

类移动猫砂的创新材料

为何选择MOFs而非沸石等成熟技术？

沸石作为年产量数百万吨的微孔晶体材料，被誉为"分子筛"，广泛应用于水净化、猫砂等领域。而MOFs具有更优越的柔韧性：空腔填充时结构会变形，排空后即恢复原状。

亚吉开发的MOFs兼具高热稳定性与超大储腔。数克材料的比表面积即可媲美足球场，远超沸石的有限容量。

水处理行业的变革潜力

通过重组MOFs的金属节点与有机连接体，化学家可精准调控孔径以捕获特定分子（如全氟烷基物质），还能实现催化反应与导电功能。诺贝尔化学奖委员会主席海纳·林克指出："该材料为定制功能材料开辟了前所未有的可能性。"

除降解药物残留、捕获二氧化碳外，MOFs在水处理领域更具应用前景：可吸附分离PFAS等污染物，甚至直接从空气中收集水分。

大气取水技术突破

2023年，亚吉团队利用其MOF的巨大比表面积，在地球最干旱的死亡谷仅靠太阳能实现了空气取水。《Chem》期刊研究指出，该技术突破了传统雾收集与冷凝技术对高湿度、高能耗的限制——水蒸气在环境温度下吸附于MOF，经热能（太阳能或废热）触发释放，最终冷凝为饮用水。

水处理未来展望

荷兰KWR水研究所研究表明，MOFs的比表面积显著优于活性炭，可用于PFAS治理，还能靶向捕获磷酸盐、硝酸盐、重金属及药物残留等污染物。未来将应用于地表水/地下水净化，并增强反渗透、纳滤等膜处理效能。

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