上世紀(jì)80年代，還是博士研究生的奧馬爾?亞吉（Omar Yaghi，2025 年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)得主）曾在南京大學(xué)配位化學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室游效曾院士課題組學(xué)習(xí)配位化學(xué)。

南京大學(xué)游效曾院士與Omar Yaghi在揚(yáng)州瘦西湖合影（圖：南京大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院）

最初，奧馬爾?亞吉（Omar Yaghi）是分析化學(xué)出身，而南京大學(xué)配位化學(xué)研究水平頗高。在游效曾院士課題組，他學(xué)習(xí)了配位化學(xué)、晶體培養(yǎng)的知識(shí)。

南京大學(xué)李海連與Omar Yaghi在南大鼓樓校區(qū)合影（圖：南京大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院）

TOP小編了解到， 奧馬爾?亞吉（Omar Yaghi）獲得諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)的兩篇最經(jīng)典的Nature論文都有南大校友（83本、87碩）李海連的貢獻(xiàn)（分別為最后和第一作者），李海連在南大就讀碩士研究生期間 （1987-1990） 的導(dǎo)師為游效曾院士。

南京大學(xué)李海連與Omar Yaghi合作發(fā)表的Nature論文

南京大學(xué)李海連與Omar Yaghi合作發(fā)表的Nature論文

值得注意的是，現(xiàn)任南京大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院副教授馬天瓊與今年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)得主 Omar M.Yaghi 教授有著深厚的學(xué)術(shù)淵源—— 她曾在美國(guó)加州大學(xué)伯克利分校 Omar M.Yaghi 教授的課題組內(nèi)，開(kāi)展了將近 5 年的博士后研究工作。

10月8日下午，2025 年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)揭曉、Omar M.Yaghi 教授獲此殊榮的消息傳來(lái)，馬天瓊副教授難掩激動(dòng)，第一時(shí)間便向自己的這位博士后導(dǎo)師發(fā)去了祝賀短信；待到晚上下班回到家，她還特意找出過(guò)往與導(dǎo)師的合影細(xì)細(xì)翻看，同時(shí)在朋友圈寫(xiě)下了滿含感慨與感恩的文字，字里行間滿是對(duì)導(dǎo)師獲獎(jiǎng)的由衷喜悅，也藏著這段跨越國(guó)界的學(xué)術(shù)師生情誼的溫暖印記。

馬天瓊老師朋友圈截圖

從沙漠取水到捕獲碳：諾獎(jiǎng)材料MOF如何改變世界？

北京時(shí)間8日17時(shí)45分，2025年度諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)揭曉。今年化學(xué)獎(jiǎng)授予北川進(jìn)、理查德·羅布森和奧馬爾·亞吉，獲獎(jiǎng)理由是“用于開(kāi)發(fā)金屬有機(jī)框架材料”。金屬有機(jī)框架材料是什么？新華日?qǐng)?bào)·交匯點(diǎn)記者邀請(qǐng)南京大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院教授丁夢(mèng)寧進(jìn)行解讀。

無(wú)中生有，分子建筑師的杰作

金屬有機(jī)框架材料（MOF）到底是一種什么材料？為何會(huì)是諾獎(jiǎng)級(jí)的突破？

“這是一種人工合成的材料，它的突破性，在于彌合了材料世界兩大陣營(yíng)的鴻溝。”丁夢(mèng)寧科普道，在MOF出現(xiàn)之前，化學(xué)家的材料工具箱分為兩大陣營(yíng)，界限分明：一邊是以碳原子為骨架的有機(jī)材料，柔韌易加工卻難以形成規(guī)整孔道；另一邊是結(jié)構(gòu)有序的無(wú)機(jī)材料，堅(jiān)硬穩(wěn)定但種類有限，難以精準(zhǔn)調(diào)控。

在過(guò)去，化學(xué)家們通常只是分別使用這兩類材料，或者進(jìn)行簡(jiǎn)單的物理混合。這就像一位建筑師，他要么用木頭（有機(jī)材料）蓋一座柔軟的木屋，要么用磚石（無(wú)機(jī)材料）砌一座堅(jiān)固的堡壘，但很難從分子層面將木頭和磚石“化學(xué)鍵合”在一起，建造出一種兼具兩者優(yōu)點(diǎn)的全新建筑。

MOF用金屬離子或金屬團(tuán)簇（來(lái)自無(wú)機(jī)世界）作為堅(jiān)固的“關(guān)節(jié)”或“節(jié)點(diǎn)”，用有機(jī)連接分子（來(lái)自有機(jī)世界）作為定制的“連桿”或“支柱”，通過(guò)強(qiáng)大的配位鍵，像搭樂(lè)高積木一樣，自下而上地組裝成一個(gè)規(guī)整、穩(wěn)定且內(nèi)部充滿空腔的三維框架結(jié)構(gòu)。

丁夢(mèng)寧表示，這種設(shè)計(jì)理念的革命性在于，它擁有了無(wú)機(jī)材料的“骨骼”：由金屬節(jié)點(diǎn)構(gòu)成的周期性框架，使MOF具備了晶體的剛性和穩(wěn)定性，能形成長(zhǎng)期存在的規(guī)整孔道。同時(shí)，它注入了有機(jī)材料的“靈魂”——有機(jī)連接體的引入，帶來(lái)了近乎無(wú)窮的設(shè)計(jì)自由度，通過(guò)改變“連桿”的長(zhǎng)度、形狀和化學(xué)基團(tuán)，可以像定制家具一樣，精準(zhǔn)調(diào)控孔道的大小、形狀和內(nèi)部的化學(xué)環(huán)境。

正如諾貝爾獎(jiǎng)委員會(huì)所強(qiáng)調(diào)的，三位獲獎(jiǎng)?wù)叩呢暙I(xiàn)不僅在于創(chuàng)造了一類新材料，更在于開(kāi)創(chuàng)了一個(gè)全新的研究領(lǐng)域，為化學(xué)家提供了解決全球性挑戰(zhàn)的強(qiáng)大工具。

從搭建分子模型到空氣里“榨”水

在諾獎(jiǎng)的頒獎(jiǎng)詞中提到，MOF從沙漠空氣中收集水，這非常引人注目。而這一神奇應(yīng)用背后，是三位化學(xué)家共同掀起的材料革命。

這項(xiàng)突破始于1989年，理查德·羅布森率先探索原子特性的創(chuàng)新應(yīng)用。他創(chuàng)造性地將帶正電的銅離子與四臂狀分子結(jié)合，形成了結(jié)構(gòu)規(guī)整、充滿無(wú)數(shù)空腔的晶體結(jié)構(gòu)，宛如有無(wú)數(shù)空腔的鉆石。羅布森立即意識(shí)到這種分子構(gòu)造的潛力，但其穩(wěn)定性不足且易坍塌。隨后，北川進(jìn)與奧馬爾·亞吉在1992至2003年間分別取得關(guān)鍵突破：北川證實(shí)這類材料可以吸附氣體，并預(yù)言MOF可具備柔韌特性，驗(yàn)證并拓展了MOF的功能。而亞吉?jiǎng)t成功建構(gòu)出高度穩(wěn)定、高比表面的框架材料，并通過(guò)理性設(shè)計(jì)賦予材料嶄新特性。

“他是MOF概念的正式提出者，并在此基礎(chǔ)上建立了‘網(wǎng)狀化學(xué)’的理論框架。”丁夢(mèng)寧介紹。亞吉在1999年合成的MOF-5是一個(gè)革命性的突破，證明了這類材料可以同時(shí)具備高穩(wěn)定性以及前所未有的高比表面積，就像一個(gè)內(nèi)部被徹底掏空、布滿了無(wú)數(shù)房間的摩天大樓，其內(nèi)部表面積大得驚人（1克MOF-5的比表面積大約是3000平方米，相當(dāng)于半個(gè)足球場(chǎng)的面積壓縮到1克粉末里），這為大量吸附二氧化碳等小分子提供了物理基礎(chǔ)。

亞吉后期致力于MOF的精準(zhǔn)功能化。他通過(guò)對(duì)有機(jī)連接體和金屬簇的精密設(shè)計(jì)，在MOF的孔道內(nèi)壁“安裝”了特定的親水組分。這些基團(tuán)與水分子產(chǎn)生恰到好處的相互作用——既能在夜晚牢牢抓住水分子，又不會(huì)抓得太緊，白天僅靠陽(yáng)光的熱量就能讓水分子“掙脫”并釋放出來(lái)?！拔蔑枴庇帧巴碌贸觥?，讓MOF“沙漠取水”的夢(mèng)想，從一篇論文走向沙特的示范項(xiàng)目。

從實(shí)驗(yàn)室到市場(chǎng)：MOF的挑戰(zhàn)與機(jī)遇

這種由金屬離子與有機(jī)分子編織而成的“納米海綿”，憑借其破紀(jì)錄的比表面積與孔隙結(jié)構(gòu)，能像智能捕手般精準(zhǔn)吸附氣體、鎖住水分、捕獲污染物。從防潮鞋盒到新能源汽車的儲(chǔ)氫罐，從冰箱除味劑到工業(yè)廢氣處理，MOF正悄然重塑我們與環(huán)境的互動(dòng)方式。

丁夢(mèng)寧指出，盡管MOF的大規(guī)模工業(yè)化合成已在技術(shù)上實(shí)現(xiàn)，但其從實(shí)驗(yàn)室邁向廣泛日常應(yīng)用的核心瓶頸，在于找到那個(gè)在性能與成本上能全面超越現(xiàn)有成熟技術(shù)的“殺手級(jí)應(yīng)用”。由于MOF復(fù)雜的結(jié)構(gòu)導(dǎo)致其成本略高于傳統(tǒng)多孔材料，他認(rèn)為，其產(chǎn)業(yè)化突破將更可能發(fā)生在一些高附加值領(lǐng)域。

基于獲獎(jiǎng)?wù)叩拈_(kāi)創(chuàng)性工作，全球化學(xué)家已構(gòu)建出數(shù)萬(wàn)種功能各異的MOF材料，其中許多有望助力解決人類面臨的重大挑戰(zhàn)。

目前，MOF研究在國(guó)內(nèi)外都是一個(gè)高度活躍的熱點(diǎn)領(lǐng)域。南京大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院依托其配位化學(xué)全國(guó)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的深厚積累，為功能MOF材料的研究提供了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。上世紀(jì)80年代，奧馬爾·亞吉教授還是研究生的時(shí)候，曾經(jīng)在配位化學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室游效曾院士課題組學(xué)習(xí)過(guò)一段時(shí)間。游效曾院士課題組利用配合物構(gòu)筑基塊，首次組裝了空間結(jié)構(gòu)多樣的三維配位聚合物和分子基型分子篩MOF材料。

近年來(lái)，南京大學(xué)左景林教授、袁帥教授等團(tuán)隊(duì)正專注于新型功能MOF材料（包括光電功能MOF材料、綠色催化MOF材料等）的合成。丁夢(mèng)寧本人的研究是基于新型MOF半導(dǎo)體材料，設(shè)計(jì)并制造出高性能的微納電子傳感器件。在他看來(lái)，高端化學(xué)傳感芯片，也高度契合我國(guó)在高端芯片領(lǐng)域?qū)で蟆皬澋莱嚒钡膽?zhàn)略布局。

從羅布森的開(kāi)創(chuàng)性工作算起，這場(chǎng)材料科學(xué)革命僅醞釀了36年。然而，MOF為化學(xué)家提供的這個(gè)“全新工具箱”，已然展現(xiàn)出驅(qū)動(dòng)環(huán)境、健康與能源領(lǐng)域邁向變革的驚人潛力，成為解決特定問(wèn)題的“王牌”。從賦能清潔能源的儲(chǔ)氫罐，到守護(hù)生命健康的藥物載體和傳感芯片，這場(chǎng)由三位諾獎(jiǎng)得主開(kāi)創(chuàng)的“分子建筑”革命，正等待全球科學(xué)家共同構(gòu)建更精彩的未來(lái)篇章。

（來(lái)源：TOP大學(xué)來(lái)了版權(quán)屬原作者 謹(jǐn)致謝意）