诺奖成果金属有机框架到底是什么？有什么用？
中新经纬10月11日电 (董文博)日前公布的2025年诺贝尔化学奖， 让一种“魔法材料”吸引了全球目光：它只需几克就可以容纳整个足球场；它能从沙漠空气中收集水，捕获二氧化碳和有毒气体。它就是金属有机框架，一类由金属离子(或金属簇)与有机配体通过配位键连接形成的多孔材料。
瑞典皇家科学院在宣布2025年诺贝尔化学奖得主时，用一句话点评了三位获奖者北川进(Susumu Kitagawa)、理查德・罗布森(Richard Robson)、奥马尔・M・亚吉(Omar M. Yaghi)的贡献：“他们为化学创造了新空间(They have created new rooms for chemistry)。”
来源：诺贝尔奖官网，下同
那么，金属有机框架(Metal Organic Frameworks, 简称MOFs)能应用在哪些领域？这项成果有什么重大意义？中新经纬特邀华北电力大学环境科学与工程学院教授、博士生导师王祥科和副教授、硕士生导师孙振丽进行解读。
解决能源与环境问题的科学路径
王祥科团队介绍，金属有机框架作为一种多孔材料，其核心特征在于结构的高度可设计性。研究者可以通过选择不同的金属和有机配体，构建具有特定孔径、化学组成和功能位点的骨架，使材料性能实现可预测的设计和制备调控。
金属有机框架拥有远超传统材料的比表面积，每克材料可呈现出上千平方米的内部表面，并具备丰富的化学可塑性和功能拓展潜力。这种模块化构筑理念，使材料的获取不再依赖天然结构或经验筛选，而是迈向理性设计与定向合成。它不仅打破了有机与无机化学的界限，还催生了COFs(共价有机框架)与POPs(多孔有机聚合物)等新型框架体系，推动材料科学进入“可编程时代”。
王祥科团队表示，金属有机框架在环境治理中展现出独特优势，可用于对特定分子的精准识别与捕获。得益于可调控的孔径和化学微环境，它们能够选择性吸附二氧化碳，其中含胺基的材料已被用于碳捕集(CCS)研究；当引入磷、硫或羧基时，则可与放射性核素和重金属离子形成稳定络合，用于核废水处理和水体净化。
同时，在空气和水污染控制中，金属有机框架对挥发性有机物和痕量污染物亦表现出较高的去除效率，相较传统吸附剂具备更强的针对性与结构调控优势。
据诺贝尔奖官网介绍，研究人员创造了许多不同的功能性金属有机框架。例如，电子行业可以使用金属有机框架来容纳生产半导体所需的一些有毒气体；一些公司在测试从工厂和发电站捕获二氧化碳的材料，以减少温室气体排放。
除分离与吸附外，王祥科团队表示，金属有机框架在能源领域亦展现潜力，高比表面积使其具备储存氢气、甲烷等能源气体的能力；经热转化生成的金属有机框架派生碳材料兼具导电性与结构稳定性，已被用于锂电池和超级电容器。另外，在光催化与电催化体系中，部分金属有机框架能够参与二氧化碳还原、水分解及有机转化等过程，为清洁能源的转化与利用提供新的材料基础。
孙振丽接受中新经纬采访时指出，金属有机框架的问世，是化学史上的一次结构革命，它使研究者得以在分子尺度上构筑功能空间，将材料设计从经验探索推进到可预测的理性构建。在“双碳”目标与可持续发展议题日益突出背景下，金属有机框架所代表的，不仅是一类多孔材料，更是一种以结构设计解决能源与环境问题的科学路径。
“走向商用阶段”
王祥科指出，当下，金属有机框架的研究已不再局限于实验室条件，而是开始进入材料工程与应用验证阶段，“也就是说，目前已经走向商用阶段。”
不过，王祥科提醒，“金属有机框架大规模制备目前来说还是有一定的难度。其次，相对于其他材料，其价格仍然偏高。”
孙振丽进一步介绍，过去，这类晶体材料常被视为难以放大制备的“学术体系”，而近年来，随着绿色溶剂体系、模块化反应和连续化工艺的推进，一些企业已实现公斤级乃至吨级的合成能力，并在气体分离、空气净化及药物递送等方向开展中试应用。尽管距离广泛产业化仍存在成本、稳定性和长期服役评价等挑战，金属有机框架已逐渐具备工程属性，正在从结构化学研究对象转变为可用于技术开发的材料平台。
孙振丽表示，“可以预见的是，在空气净化、碳捕集、资源分离乃至海水提铀等场景中，这类框架材料将持续发挥作用，而其真正价值，或许在于为未来材料体系提供一种可编程的思维方式，特别是在AI帮助下实现向导式制备。”(中新经纬APP)
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