2025諾貝爾｜澳、日、美3科學家憑金屬有機骨架研究獲化學獎

2025年諾貝爾化學獎揭曉，得獎者是京都大學教授北川進（Susumu Kitagawa，74歲）、澳洲墨爾本大學教授羅布森（Richard Robson，88歲）及美國加州大學柏克萊分校教授亞吉（Omar Yaghi，60歲）。他們憑金屬有機骨架研究而獲獎，諾貝爾化學獎委員會主席林克（Heiner Linke） 說：「金屬有機骨架擁有巨大的潛力，為客製化具有新功能的材料帶來了前所未有的機遇。」

在分子世界造出「房間」

這3位化學獎得主創造了具有巨大空間的新型分子結構，氣體和其他化學物質可以透過這些結構流動。這些被稱為金屬有機骨架的結構可用於從沙漠空氣中獲取水分、捕獲二氧化碳、儲存有毒氣體或催化化學反應。開發金屬有機骨架為化學家們提供了解決我們面臨的一些挑戰的新機會。 

諾貝爾委員會公布2025化學獎得主。 美聯社

諾貝爾委員會專家以模型解釋2025化學獎得獎研究。 美聯社

墨爾本大學教授羅布森。 美聯社

京都大學教授北川進。 美聯社

亞吉憑金屬有機骨架研究獲2025年諾貝爾化學獎。 美聯社

亞吉和他的學生。 美聯社

亞吉和他的學生。 美聯社

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金屬有機框架（MOF）的發現始於1989年，當時羅布將帶正電的銅離子與一個四臂分子結合，每條臂末端都有一個化學基團，可以吸引銅離子。當它們結合在一起時，它們會結合形成一個有序的、空間廣闊的晶體。它就像一顆充滿無數空腔的鑽石。

羅布森立刻意識到了這個結構的潛力，但它尚不穩定，容易崩塌。然而在1992年至2003年間，北川證明了氣體可以流入和流出這種結構，並預測金屬有機骨架可以實現柔性。亞吉則創造了一種非常穩定的金屬有機骨架，並證明可以透過設計對其進行合理修改，從而賦予其全新且理想的性能。

羅布森的靈感來自鑽石的結構，鑽石中的每個碳原子都與其他四個碳原子連結成金字塔狀。他沒有使用碳，而是使用了銅離子和一個有四個臂的分子，每個臂的末端都有一個腈。腈是一種能被銅離子吸引的化合物。當這些物質結合在一起時，它們形成了一種有序且非常寬敞的晶體。 瑞典皇家科學院

1997 年，北川成功創造了一個由開放通道相交會的金屬有機骨架。這些通道可以填入不同類型的氣體，且可以釋放這些氣體而不會影響其結構。 瑞典皇家科學院

1998年，北川提出可以製成柔性的金屬有機骨架。 瑞典皇家科學院

1999年，亞吉建造了一種非常穩定的材料MOF-5，它具有立方體空間，僅需幾克就能覆蓋一個足球場大小的區域。 瑞典皇家科學院

21世紀初，亞吉證明了可以透過改變了分子連接方式，製作出一系列具有不同特性的金屬有機骨架材料，包括16種MOF-5變體，具有不同大小的空腔。 瑞典皇家科學院

MOF-303可以在夜間捕捉沙​​漠空氣中的水蒸氣。當太陽在早晨加熱該材料時，就會釋放出可飲用水。 MIL-101具有巨大的空腔，被用於催化污染水中原油和抗生素的分解，也可以用於儲存大量的氫氣或二氧化碳。 UiO-67可以吸收水中的 PFAS，這使其成為一種很有前景的水處理和污染物去除材料。 ZIF-8正用於從廢水中開採稀土元素的實驗。 CALF-20具有卓越的二氧化碳吸收能力。它正在加拿大的一家工廠進行測試。 NU-1501經過最佳化，可在常壓下儲存和釋放氫氣。氫氣可用於為汽車提供燃料，但在普通的高壓罐中極易爆炸。 瑞典皇家科學院

在獲獎者突破性的發現後，化學家們已經建造了成千上萬種不同的金屬有機骨架。其中一些可能有助於解決人類面臨的一些最大挑戰，應用方式包括從水中分離PFAS、分解環境中的藥物痕跡、捕獲二氧化碳或從沙漠空氣中獲取水等。

諾貝爾化學獎小知識

歷來最年長化學獎得主是97歲的古迪納夫 （John Goodenough），他因開發出改變世界的鋰離子電池，於2019年與韋定咸（Michael Stanley Whittingham）和吉野彰共同獲得諾貝爾化學獎。

最年輕的化學獎得主則是35歲的約里奧-居禮，也就是舉世聞名居禮夫人的女婿，他與居禮夫人的長女伊雷娜因為發現穩定的感生放射性（人工放射性的一種）而一同獲獎。居禮夫人是歷來唯一在物理與化學兩個領域都獲獎的人，因發現新化學元素釙與鐳，進而開創放射性研究，改變了現代科學。

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