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中新經(jīng)緯10月13日電 題：諾獎青睞的“化學樂高”有多神奇？

作者 袁帥 南京大學化學化工學院、配位化學國家重點實驗室教授

近日，日本京都大學的北川進、澳大利亞墨爾本大學的理查德·羅布森以及美國加州大學伯克利分校的奧馬爾·M·亞吉三位科學家，因在“金屬有機框架”(MOF)領域的開創(chuàng)性貢獻，獲得2025年諾貝爾化學獎。

化學界的“樂高”

什么是金屬有機框架？從學術定義來看，金屬有機框架是由金屬離子或金屬團簇和有機配體，通過配位鍵自組裝形成的三維框架結(jié)構。這個專業(yè)名詞恰如其分地概括了其組成和特性——“金屬”“有機”和“框架”。

如果用更通俗的比喻來解釋，MOF就像分子世界的樂高積木。金屬節(jié)點相當于樂高的凸點，有機配體則如同連接桿，科學家們利用這些分子級別的“積木塊”，可精心搭建起一座座精美的“樂高大廈”。

這些“大廈”的最獨特之處在于，它們不是實心的，而是空心的結(jié)構，內(nèi)部有無數(shù)個“房間”，房間之間由“走廊”相互連接。在材料科學中，我們稱這種結(jié)構為多孔結(jié)構。每一個孔洞或“房間”都可以容納“客人”——即吸附各種分子。

與傳統(tǒng)的多孔材料如沸石和活性炭相比，MOF有著顯著優(yōu)勢。沸石和活性炭已經(jīng)實現(xiàn)工業(yè)化應用，它們的優(yōu)勢在于成本低廉。不過，這些材料雖然都具有豐富的孔結(jié)構，但它們的孔道要么是天然形成的，要么是基于經(jīng)驗合成或改造的，缺乏定向性，很難實現(xiàn)在原子級別上的精準控制。MOF則完全不同?；氐綐犯叻e木的比喻，它更像是能夠按照設計圖紙精確拼裝的樂高模型。MOF的兩個組成部分——金屬和有機配體，提供了幾乎無限的組合可能性。元素周期表中的大多數(shù)金屬都可以用來構建MOF，而有機配體的種類更加豐富多樣，有機配體還可以有不同的長度和各種官能團(有機化合物分子中能夠決定化合物主要化學性質(zhì)的原子或原子團)?？茖W家可以根據(jù)需求選擇特定的金屬和有機配體。這種高度的可設計性使得研究人員能夠在分子層面上精確調(diào)控孔洞的大小、形狀和化學環(huán)境，這是傳統(tǒng)多孔材料無法比擬的優(yōu)勢。

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