2025年10月8日，瑞典皇家科学院将诺贝尔化学奖授予北川进、理查德·罗布森和奥马尔·M·亚吉三位科学家，以表彰他们在开发金属有机框架（MOF）方面作出的贡献。这类材料可用于从沙漠空气中收集水分、捕获二氧化碳、储存有毒气体或催化化学反应等。诺贝尔化学委员会主席海纳·林克评价道：“金属有机框架具有巨大的潜力，为实现具有新功能的定制化材料带来了前所未有的机遇。”
何为MOF？
MOF是一种由金属离子或金属团簇与有机配体通过配位键自组装形成的晶态多孔材料。 它们的晶体结构包含巨大的化学空间，气体和其他化学物质可以在其中自由流动。MOF的最大特点是其惊人的比表面积——仅仅一克材料的内部表面积就能达到6000平方米，超过一个足球场的面积。这种多孔特性使MOF成为“会呼吸的材料”。
MOF发展历程
MOF的发展并非“从零到一”的突破，而是长期学术积累的结果。阿尔弗雷德·维尔纳的配位化学研究、普鲁士蓝的结构解析、霍夫曼包合物的发现等为MOF提供了理论基础。1989年，理查德·罗布森在将带正电的铜离子与一个四连接有机分子结合，组织成一个有序且内部空旷的晶体结构。1995年，奥马尔·M·亚吉报道了两种不同二维材料的结构，并创造了“MOF”这一名称。1997年，北川进及其研究小组使用钴、镍或锌离子和4,4′-联吡啶分子，创造出了具有开放通道的三维MOF，并证明气体可以自由进出MOF而不破坏结构，揭示了其柔性特征。1999年，奥马尔·M·亚吉研发出MOF-5，这是一种极其稳定且空间巨大的框架，具有超过2000平方米/克的比表面积。在此基础上，化学家们已构建出数以万计不同的MOF材料，继续扩展MOF家族。
MOF最新研究进展
近年来，MOF研究领域涌现出多项令人振奋的创新成果。
柔性MOF材料成为研究热点。北川进团队近期发表的综述指出，不同于传统的刚性材料，软孔晶体——特别是柔性/软性MOF材料能动态响应外界刺激（如温度、压力等），具备结构灵活性和高选择性，在气体分离、能源存储等领域潜力巨大。
MOF与COF的融合也取得重大突破。西北农林科技大学刘波副教授、中国科学技术大学江海龙教授、复旦大学李巧伟教授通过合作，让MOF与COF不“分家”，实现了跨键合框架的一锅法合成。他们将基于硼氧六环的COF（包括具有不同构象的一维COF与具有特定拓扑结构的二维COF）与基于Zr6O8和Hf6O8的无机单元连接，成功制备出一系列MOF结构。
在实际应用方面，兰州大学研究团队开发了层间桥接双通道二维MOF膜，用于极端环境下的离子筛分。这种膜能保持在7.5 M硝酸和200 kGy辐射条件下的结构完整性，可实现铀酰离子和镅酰离子与球形水合镧系元素离子的高效分离。
MOF应用前景
MOF作为一类“分子级乐高”材料，在解决人类面临的多项重大挑战性问题中已展现出实际应用价值。在环境领域，MOF可用于二氧化碳捕获、有毒气体过滤、电子工业气体纯化。在能源领域，MOF可实现气体存储、气体分离、沙漠中水的富集和工业催化等。更值得关注的是，MOF的研发正与人工智能、超级计算等前沿技术深度融合，传统研发周期长达数年的新型MOF材料，如今可通过计算辅助设计实现高效开发。
参考文献
[1] 三名科学家因金属有机框架研究获2025年诺贝尔化学奖[EB/OL].(2025-10-08)[2025-10-22]. http://www.news.cn/20251008/5992987c39d14d4182092c32d546af4a/c.html.
[2] 郎建平. 应用前景直击全球性挑战[EB/OL].(2025-10-13)[2025-10-22]. http://paper.chinahightech.com/pc/content/202510/13/content_158136.html.
[3] ICM发表2025诺贝尔化学奖得主Susumu Kitagawa最新综述：柔性MOFs，下一代自适应材料[EB/OL].(2025-10-10)[2025-10-22]. https://blog.sciencenet.cn/blog-3388879-1505317.html.
[4] MOF与COF不“分家”，破界融合拓出新框架[EB/OL].(2025-10-09)[2025-10-22]. https://www.x-mol.com/news/931337.
[5] Yaxin Hao, et al. Interlayer-bridged dual-channel 2D MOF membranes for ultra-stable ion sieving in extreme environments [J/OL]. Chemical Science.[2025-10-22]. https://pubs.rsc.org/en/Content/ArticleLanding/2025/SC/D5SC06842H.
