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作家 | 朱秋雨

裁剪 | 向现

"最化学的化学奖"，10 月 8 日，2025 诺贝尔化学奖辨别颁布给了来自日本、澳大利亚、好意思国的三位科学家，以赏赐他们在金属有机框架（Metal – Organic Frameworks, MOFs）材料诱导方面作念出的孝敬。

这是一个在化学筹备中不算小众的规模。事实上，从 1980 年代运转，MOFs 依然在列国科学家的力争下赢得突破。三位诺奖赢得者理查德 · 罗布森（Richard Robson）、北川进（Susumu Kitagawa）与奥马尔 · 亚吉（Omar M. Yaghi）辨别是在 1989 年、1992 年、1995 年在 MOFs 规模作念出突破。

三位诺奖赢得者理查德 · 罗布森（Richard Robson）、北川进（Susumu Kitagawa）与奥马尔 · 亚吉（Omar M. Yaghi）辨别是在 1989 年、1992 年、1995 年在 MOFs 规模作念出突破

个东说念主资格上，奥马尔 · 亚吉的故事尤其鬈曲。这位被学界称为" MOF 之父"的全国顶级化学家，却有着一个相当贫窭的出身。1965 年，奥马尔 · 亚吉降生在约旦安曼，在一个从巴勒斯坦隐迹的苍生家庭里长大。父母统统养育了 9 个孩子，11 口东说念主挤在沙漠里一个莫得电和自来水的房间里。那时，全家惟一水源，即是政府每隔两周供应的自来水。

奥马尔曾回忆，那时，每隔两周的自来水一来，家东说念主会把家里整个的容器都拿去接水。

回思起来，这一幕让他叹息干旱地区的水有多寥落，这同期促进了 MOFs 的一大应用场景的产生——到沙漠中集中饮用水。

奥马尔 · 亚吉 / 图源：UCLA

如今，化学家们已想象出层见迭出的 MOFs，它们被用于碳捕集、空气净化、动力存储等繁多前沿规模。在半导体制造中，也有 MOFs 被用于捕捉或认识坐褥经由中产生的剧毒气体。

正如诺奖受奖词所说："金属有机框架具有巨大的后劲，为定制化的新功能材料带来了前所未有的可能性。"

积木的机密

提到化学家的职责，爱看剧的东说念主大略会思到好意思剧《绝命毒师》。剧中的沃尔特 · 怀特 ( 老白），一般一稔白色实验大褂，在装着种种液体和粉末的瓶瓶罐罐之间往复捣饱读，把种种元素放入烧杯或者试管里，恭候化学反馈，临了生成、提纯出一些新物资。

比如，老白爱提纯的毒品。

这确乎是很长一段时代里的实践。1990 年代之前，化学家们依然能精确地合成"零维"的结构——也就是单个分子。实验妙手能拼装出高度复杂的化合物。关系词，如安在东说念主造条目下限制性地合成二维以致三维的推广结构，却是化学界的空缺。

诺贝尔奖得主罗德 · 霍夫曼（Roald Hoffmann）曾惊羡："在二维或三维全国里，这仍是一派合成的荒漠。"

墨尔本大学的化学家理查德 · 罗布森最初动手了——灵感开首于钻石的结构。1980 年代，他建议一个斗胆设思："是否不错用有机分子作‘支架’，与金属离子配位，从而造出一个规定、可展望的三维晶格？"

一个更简便的贯通版块是：如若化学材料能像"拼积木"相同，让原子或分子依照其化学特质自行劝诱，一座由分子积木搭成的宫殿就造成了。这座"分子宫殿"不错被想象，造成具有规定孔洞结构的合成材料。

理查德 · 罗布森的灵感来自钻石的结构，其中每个碳原子都与另外四个碳原子不时，造成金字塔状。他莫得使用碳，而是使用了铜离子和一个带有四条臂的分子，每条臂的结尾都有一个腈基。这是一种能被铜离子诱导的化合物。当这些物资结合时，它们造成了一个有序且相当盛大的晶体。©Johan Jarnestad/ 瑞典皇家科学院

罗布森参考了钻石的微不雅结构，将带正电的铜离子与四臂有机分子相结合。然则，这一举动被那时无数化学家不明，他们信托，铜离子与四臂分子结合只会造成杯盘缭乱的搀和物。

但斥逐考证了罗布森的猜测：金属离子与有机分子间的内在引力主导了拼装经由，它们自行摆设出了与钻石访佛的规整的晶体结构。但不同于钻石的是，这种晶体里面并不是紧密的，而是蕴含着盛大的空腔，就像一座搭着脚手架的建筑相同，中间有巨大的、规定的闲隙。

1989 年，罗布森在《好意思国化学会志》上发表后果，初度建议这类分子集中的后劲，预言它们将赋予化学材料前所未有的性质。

不外，罗布森的发面前那时没得到认同。他的初期构造物矫捷性欠佳，较易认识，好多化学家觉得，这是无须之作。

有相似思法的东说念主属于小众群体。这类东说念主的共同点是，都对主流不雅念怀有质疑和批判的视角。

理查德 · 罗布森 / 图源：墨尔本大学

1992 年，当苍生家庭出身的奥马尔来到好意思国亚利桑那州立大学，运转作念他主导的第一个筹备时，他也野心走门道，用"积木"道理制造大型晶体。

原因很简便，奥马尔铭刻，以前的化学实验，制备延展结构的经由被戏称为"摇晃和烘烤"体式。化学家会将肇端材料加热到极高的温度（经常非凡 500°C），接下来的职责就是恭候，恭候运道的崇拜，赢得好的实验斥逐。

而奥马尔思的是，他要找到更可控的体式来创造材料。"（以前）一朝制成后无法进行特意旨的修改。这种空匮精确性（的经由）让我感到悲怆。我思创造具有特定的、可展望形式的延展结构。"就像建筑家相同，他但愿使用感性想象，像搭积木相同劝诱不同的"模块"。

他酌量勃勃的思法只是在 3 年后就得到认证。1995 年，奥马尔发表了两种不同的二维材料的结构：它们像网相同，由铜或钴劝诱在一皆。焦虑的是，这一筹备发现了发现了将过渡金属离子与带电的羧酸盐劝诱体劝诱的反馈条目，从而造成了强金属 - 劝诱体键。这一突破带来了结晶的推广结构，开启了固态结构制造的新纪元。

奥马尔 · 亚吉 / 图源：清华大学

还所以建筑作念类比。在"分子建筑"里，金属离子相当于"房梁立柱"（节点），有机分子则是"劝诱框架"，也就是建筑的钢筋。有了节点和钢筋，经过东说念主类尽心想象后，它们共同构成了"分子建筑"，也就是 MOFs。

在 1995 年发表的著名论文里，奥马尔初度建议了"金属有机框架"（MOFs）成见。这让他成为了著名的" MOF 之父"。

对 MOF 的追赶在同期代的科学家们竞合之中达到了顶峰。1997 年，日本的北川进团队将钴、镍或锌离子与名为 4,4′- 联吡啶的分子，创造出三维金属有机框架。晶体层之间呈古建筑的"榫卯"式嵌合（tongue-and-groove）。

更焦虑的是，北川进的实验标明，这座"分子宫殿"不错容纳水分子与气体分子。在干燥后，这种框架能在常温下吸附甲烷、氮气等小分子气体，并可逆地开释。这使 MOFs 能够像海绵相同，既不错吸附气体，也不错储存气体，过滤浑浊物，以致催化化学反馈。

1997 年，日本的北川进团队将钴、镍或锌离子与名为 4,4′- 联吡啶的分子，创造出三维金属有机框架。晶体层之间呈古建筑的"榫卯"式嵌合（tongue-and-groove）。©Johan Jarnestad/ 瑞典皇家科学院

而此时，化学界依然对此有所质疑。相比有代表性的质疑声是，早就有化学材料能作念到 MOFs 的功能，例如，负责吸附有毒无益物资的活性炭或沸石。MOFs 如故濒临"无须的发明""性价比不高"等等质疑。

但北川进很坚毅，多次对外界阐述他的决心，他指出，MOFs 含有柔性的分子构建块，不错创造出一种柔韧的材料，比活性炭等更具思象力和筹备价值。

科学家最终靠着"接力"，阐发了 MOFs 空间的刚劲。1999 年，奥马尔向全国展示了他想象的"建筑"—— MOF-5。MOF-5 孔隙多，有着盛大且矫捷的分子结构。即使在空置气象下，它被加热到 300°C 也不会崩塌。更为惊东说念主的是，一茶匙的 MOF-5（约 2 克）里面的张开面积，约等于一个 7000 平方米的足球场。更大的面积，意味着它不错比沸石罗致多得多的气体。

这就是三维结构的魔力。

1999 年，奥马尔向全国展示了他想象的"建筑"—— MOF-5。©Johan Jarnestad/ 瑞典皇家科学院

回思起 1990 年代在深重中前进的业绩，奥马尔在 2025 年的共享中提到，他归来出了 5% 规定——"当 95% 的东说念主怀疑你时，一般仍有 5% 的东说念主坚毅地认同你所尝试作念的事情"。

他回忆，团队在上世纪取得始创规模的第一个发当前，怀疑声扑面而来，"月旦者似乎来自四面八方，质疑咱们所作念的一切是否可能"。

在外界的一派反对声中，奥马尔发现："你需要关怀的就是这 5% 的东说念主。你负责对待月旦，但最终，信托我方的直观，作念你知说念需要作念的事情。"

拥抱 AI 的化学家

顶级化学家奥马尔的励志故事，运转于一次出走。

他出身苍生家庭，父亲惟有六年事的学历，母亲不太识字。9 个孩子挤在一间位于沙漠的房子里，合并个房子里还有养牛的牛圈。但恶劣条目莫得扞拒一个无视困难少年的化学梦。

奥马尔曾在公开场所回忆，他是在 10 岁那年的一个中午，走进了一座未上锁的藏书楼里，绽放了一册书。不测中，他被里面呈文分子的章节诱导，从此决心学习化学。15 岁那年，因为收成优异，他在父亲的匡助下，独自抵达纽约，参加了一所社区公立学校。那时，他的英语水平很差，自带口音，听起来相当别扭。

这位带着梦思与家眷守望的少年应该没思到，他自后筹备的学科，不仅改变了我方的运说念，尽然还不错改变家乡东说念主民的逆境。

奥马尔 · 亚吉

抵达好意思国后，他的英文赶紧非凡，在化学说念路上越走越深。1990 年，35 岁的奥马尔成为哈佛大学博士后筹备员，师从好意思国科学院院士理查德 · 霍尔姆。两年后，他到亚利桑那州立大学作念助理素质。

年青的学者直观敏锐，他在 3 年后就建议了 MOFs 成见，到了 21 世纪，他创立并鼓舞网格化学这一新兴学科。从 2000 年到 2010 年间，他是各人的论文被援用次数第二多的化学家。

尔后，他运转接近放肆地制造"建筑"。21 世纪初，他制造了 16 种 MOF-5 的变体材料。好多材料的"修复"都为 MOFs 后期的应用，尤其是为缓解征象和环境问题方面的应用奠定了基础。

21 世纪初，奥马尔制造了 16 种 MOF-5 的变体材料。©Johan Jarnestad/ 瑞典皇家科学院

例如，奥马尔曾发现，锌基的 MOF 材料不错罗致并储存氢气。那时，好意思国总统乔治 · 布什合法肆押注"氢经济"，建议氢气有一天将取代化石燃料。奥马尔的发现让好多东说念主跟进筹备，守望今后不错将氢气存储于 MOFs 超等海绵中，并按需开释。

再自后，他将筹备要点放在了 MOF 材料在水吸附规模的应用。2014 年，奥马尔课题组凯旋合成 MOF-801 单晶样品。很快，团队发明了像微波炉大小的实验装配，里面装着 MOF-801，让它们在夜晚罗致空气中的水蒸气。

到了白昼，他们再利用环境中的太阳能，加热 MOF-801，使其开释出高纯度的液态水。

这一装配最终被阐发能有用管束沙漠地区的缺水问题。即使在湿度低至 20% 的沙漠环境中，一公斤的 MOFs 不错在 12 小时内，集中到空气里约 2.8 升的水。面前，这类装配全程靠太阳能驱动，不错有用冲破干旱地区的用水荒。

奥马尔 · 亚吉

更多 MOF 的应用在各个规模"着花"。例如，电子工业依然利用 MOF 材料，储存用于半导体制造的有毒气体，可降解包括化学兵器要素在内的无益气体。多家公司正在测试从工场与发电站废气中拿获二氧化碳的 MOF 材料，以缩短温室气体排放。

值得一提的是，尽管应用规模很广，但 MOF 材料于今仍未能赢得工业级的平常应用。这是因为，合成 MOFs 总体造价偏高，产业界恒久没找到本钱更低的合成旅途，以达到价钱和技艺无缺的均衡。

回到这些筹备基础科学的学者身上。道理的是，这位早年逃离羁系环境，中年星光熠熠的约旦裔好意思国籍学者，连年来积极拥抱 AI 的波澜。"实践很融会，"奥巴尔在一次受访时提到，"要在改日振作发展，化学筹备者必须统统拥抱 AI 器用，利用其后劲，并在这一变革规模中发展。"

何况，"那些遏抑这一变化的东说念主将冒着比以往任何时辰都更大的风险。这不单是是当代化的号令，而是化学行动一门学科的生涯问题。"奥马尔强调。

他在连年与共事配置了一家新的筹备所，专注于利用 AI+ 网格化学来冒昧征象挑战。AI+ 化学的应用无意稳健他心目中的化学：不错被想象，不错被展望，不错被精确掌抓。具有超强计较才调的 AI 大模子不错匡助展望和画图出不同分子几何结构产生的重大潜在结构空间，这能权贵加快候选材料的筛选经由，同期大幅揆情度理资源。

在实验室中的奥马尔 · 亚吉 / 图源：加州大学

他曾在受访时例如，团队一直倾力于羟肟酸酯 MOF。但由于其框架材料结晶经由畸形困难，导致在昔时 5 年间，团队仅凯旋合成出一种羟肟酸酯 MOF。而就在最近 2 年，有了 AI 大模子后，他们让机器对文件中的文本与图像数据进行系统性的挖掘，明确筹备场地，以此找到特定结构单位组合生成 MOFs 的可行条目。

借助 AI 器用，奥巴尔披露，他旗下的一位筹备生仅用 6 个月，就凯旋制备出 15 种新式化合物。

AI 正在颠覆科学界，2024 年的诺贝尔化学奖颁布给了用 AI 展望卵白质结构的 DeepMind 工程师就诠释了这小数。而 2025 诺奖得主奥巴尔也慑服，在技艺波澜前，东说念主恒久要保持敬畏。他要务实验室的学生：每位成员必须掌抓如何诈欺 AI 来加快化学筹备进度的技巧。

"化学耐久以来一直被视为‘中心科学’，但已不再鼓胀。中心并不等于前沿。化学必须从头界说我方为一门前沿科学，鼓舞规模，拥抱新技艺，并引颈改造。"奥巴尔教导说念。这位本年依然 60 岁的"寒门贵子"，仍在关怀和押注新技艺，信托并悉力于基础筹备与科技应用的新一轮发展。

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