又一位日本科学家获诺贝尔奖！他的座右铭与庄子有关

10月8日，诺贝尔委员会颁出了2025年的最后一个自然科学大奖。2025年诺贝尔化学奖授予三位科学家，其中又诞生一名日本科学家。此前，日本科学家坂口志文（Shimon Sakaguchi）刚刚荣获2025年诺贝尔生理学或医学奖。

今年的诺贝尔化学奖授予日本科学家北川进（Susumu Kitagawa）、澳大利亚科学家理查德·罗布森（Richard Robson）以及美国加州大学伯克利分校的奥马尔·亚吉（Omar Yaghi），他们因开创了金属有机骨架（MOF）的全新领域，共同摘得这一桂冠。

2025年诺贝尔化学奖得奖者。（图/诺贝尔奖官网）

拿到诺奖的“分子房间”有多神奇？

综合上海上观新闻、第一财经报道，几克材料的内部表面积相当于一个足球场，能从沙漠空气中“榨”出水，可从空气中捕获二氧化碳……这就是MOF材料的神奇之处。诺贝尔化学委员会主席海纳·林克表示，金属有机框架具有巨大潜力，为开发具有新功能的定制材料带来了前所未有的机会。

MOF的概念自1995年正式提出至今，全球已有几万个研究组投身这一领域，已开发出成千上万种MOF，其应用包括去除水体中的“永久性污染物”、分解环境中的微量药物，在极端干旱地区从空气中提取可饮用水等。瑞典皇家科学院指出，三位获奖者的发现“为人类应对21世纪的重大科学与环境挑战提供了新的工具”。

用通俗的话来解释MOF，它是一种用金属和有机分子共同搭建的“房间”，不仅“房间”大小可以精确设计，从原子尺度到几十纳米，连“房间”内的环境“装修”也能根据需求度身定制——当这些房间连成一片、形成孔道，就能实现各种各样的应用，比如储氢、分离气体，甚至精细催化。

不过，MOF的诞生却颇费了一番周折。早在上世纪五六十年代，化学家就提出了配位聚合物的概念。直到1989年，在指导学生做分子模型时，罗布森冒出了一个灵感：能不能用原子和有机分子“棒”来搭建一个类似钻石（相邻碳原子形成一个小金字塔）的晶体“分子笼”？由此，他合成出了一个空间有序、宽敞，还能进行设计和修改的晶体“分子笼”。

罗布森立即意识到这个分子结构的潜力，但它还不太稳定，很容易坍塌。而北川进和亚基在1992年至2003年间分别取得一系列革命性发现，则为“加固”这类分子结构提供了坚实基础。

1992年，北川进展示了一种二维材料，空腔中可隐藏丙酮分子。虽然看起来没啥用，却提示了一种构建分子的新思维方式。1997年，他的研究小组创制出了由开放通道交叉的三维金属有机框架，这些材料既稳定又有功能。

同在1992年，亚基在美国亚利桑那州立大学开始以“使用理性设计将不同化学成分连接起来”为目标，寻找更有控制性的材料构建方法——就像搭乐高积木一样，制造大晶体。1995年，他在《自然》杂志上发表论文，正式提出MOF的基本概念。1999年，他向世界展示了MOF-5，在世界上掀起了第一次MOF研究热潮。

北川进的座右铭：“无用之用，方为大用”

“人们第一次发现，可以让多动的分子如同蜜蜂归巢般‘住’进房间。”亚基的中国学生、北京理工大学教授王博表示，MOF的诞生与发展，使材料开发告别“试错式合成”的时代，就好像盖楼前可以画设计图，材料也可以被精确计算和设计。因此，这三位科学家获得诺贝尔化学奖可谓实至名归。

得知导师得奖，王博第一时间给亚基发了祝贺邮件。“他是一位纯粹的科学家，至今未婚，人生的全部热情与乐趣就在于化学。”自从2000年在密歇根大学师从亚基，王博从未见过对科研如此痴迷的人。

王博透露，北川进和亚基其实可以算是师兄弟，两人很早就开始一起合作，而且都很喜欢中国。“他们经常来中国访学，亚基的实验室有很多中国学生，他觉得中国学生动手能力强，富有创造力，他的实验室有不少重要MOF分子都出自中国学生之手。”

今年5月到7月，亚基两次到中国进行学术交流。实际上，中国学者在MOF的理论和应用研究领域都作出了杰出贡献。

北川进是一位温和儒雅的学者，他曾以性格温和的雷龙自喻，认为自己如同粘结剂，将这个领域科学家团结起来。

当北川进开始探索多孔分子结构的潜力时，他并不认为这些结构必须具备特定用途。在整个科研生涯中，北川进始终遵循一个重要原则：尝试发掘“无用之物的价值”。年轻时，他读过诺贝尔奖得主汤川秀树的著作。书中引用了中国古代哲学家庄子的观点——我们必须质疑那些被认为有用的东西。即便某物未能即刻带来益处，终将显现其价值。

产业化很可能率先在中国实现

事实上，MOF所开启的材料学革命，还在不断深入与延展。

“MOF为新材料研发开启了无尽的可能性。”王博介绍，现在化学家已经可以将化学元素周期表上所有的金属都用于MOF，包括常见的有机单体、一些柔性单体，都可用于搭建MOF。

目前，王博的实验室还在尝试将MOF用于分子仿生框架，开发仿生离子通道，“如果可以做出薄膜，其传输效率将大幅提高，有望实现工业级应用”。

“目前，国内在金属有机框架材料方面的学术研究和产业化十分生机勃勃。”上海科技大学2060研究院副院长章跃标表示。国家自然科学基金委也非常支持相关研究，还专门组织了相关战略研讨会。“未来，这个领域很可能会像锂电池一样，其产业化和应用市场很有可能率先在中国实现。”

在中国，这一科研领域的应用距离产业化还有多远？章跃标认为，中国有很完整的供应链、有很多工程师，材料的量产将不再是个问题。目前需要市场驱动，让这个产业链完全循环起来，从而形成闭环的商业运行模式。

展望未来，到2030年中国要实现碳达峰目标，金属有机框架材料可能应用于水泥厂、钢铁厂、发电厂捕获二氧化碳，这可以实现资源的清洁化利用。到2060年中国要实现碳中和，金属有机框架材料有望应用于能源的存储转化。

编辑：凉子