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中新经纬10月13日电 题：诺奖青睐的“化学乐高”有多神奇？

作者 袁帅 南京大学化学化工学院、配位化学国家重点实验室教授

近日，日本京都大学的北川进、澳大利亚墨尔本大学的理查德·罗布森以及美国加州大学伯克利分校的奥马尔·M·亚吉三位科学家，因在“金属有机框架”(MOF)领域的开创性贡献，获得2025年诺贝尔化学奖。

化学界的“乐高”

什么是金属有机框架？从学术定义来看，金属有机框架是由金属离子或金属团簇和有机配体，通过配位键自组装形成的三维框架结构。这个专业名词恰如其分地概括了其组成和特性——“金属”“有机”和“框架”。

如果用更通俗的比喻来解释，MOF就像分子世界的乐高积木。金属节点相当于乐高的凸点，有机配体则如同连接杆，科学家们利用这些分子级别的“积木块”，可精心搭建起一座座精美的“乐高大厦”。

这些“大厦”的最独特之处在于，它们不是实心的，而是空心的结构，内部有无数个“房间”，房间之间由“走廊”相互连接。在材料科学中，我们称这种结构为多孔结构。每一个孔洞或“房间”都可以容纳“客人”——即吸附各种分子。

与传统的多孔材料如沸石和活性炭相比，MOF有着显著优势。沸石和活性炭已经实现工业化应用，它们的优势在于成本低廉。不过，这些材料虽然都具有丰富的孔结构，但它们的孔道要么是天然形成的，要么是基于经验合成或改造的，缺乏定向性，很难实现在原子级别上的精准控制。MOF则完全不同。回到乐高积木的比喻，它更像是能够按照设计图纸精确拼装的乐高模型。MOF的两个组成部分——金属和有机配体，提供了几乎无限的组合可能性。元素周期表中的大多数金属都可以用来构建MOF，而有机配体的种类更加丰富多样，有机配体还可以有不同的长度和各种官能团(有机化合物分子中能够决定化合物主要化学性质的原子或原子团)。科学家可以根据需求选择特定的金属和有机配体。这种高度的可设计性使得研究人员能够在分子层面上精确调控孔洞的大小、形状和化学环境，这是传统多孔材料无法比拟的优势。