前言

2025年的諾貝爾化學(xué)獎，獲獎?wù)呤侨毡究茖W(xué)家北川進，這位74歲的“酒鬼教授”，用三十年的孤勇，創(chuàng)造了又一科學(xué)奇跡！

他發(fā)明的MOF（多孔配位聚合物）材料，被稱為“分子積木”，能吸附氣體、儲存能源，甚至從干燥的空氣中“造出水”。

偉大的發(fā)明

每一項偉大的發(fā)明，往往都起源于不起眼的細節(jié)。半個世紀(jì)前，在澳大利亞墨爾本大學(xué)，一位名叫理查德·羅布森的年輕化學(xué)家，在準(zhǔn)備教學(xué)用的分子模型時，無意中發(fā)現(xiàn)了奇怪的現(xiàn)象：鉆孔的木球通過連接桿拼裝后，竟能形成極其規(guī)律、穩(wěn)定的三維結(jié)構(gòu)。

這種結(jié)構(gòu)的美感讓他想到一個大膽的假設(shè)，如果原子和分子之間的連接也能如此精確排列，那么人類是否可以創(chuàng)造出一種全新的“分子建筑”？

經(jīng)過十多年的實驗，他終于在1989年成功將帶正電的銅離子與四臂有機分子結(jié)合，形成了像鉆石一樣的多孔晶體結(jié)構(gòu)。

顯微鏡下，這種晶體的內(nèi)部布滿微小空腔，猶如一棟“分子公寓”，每個空洞都能“住”進分子或氣體。

這一成果曾令他欣喜若狂，但科學(xué)界的反應(yīng)卻極其冷淡。因為這種結(jié)構(gòu)雖然美麗，卻太脆弱，稍有震動就會崩塌。學(xué)界普遍認(rèn)為，它不過是個“好看的玩具”，沒有任何實用價值。

命運的種子往往在被忽視的角落悄悄發(fā)芽。

當(dāng)全世界的研究者都搖頭離去時，一位來自日本的年輕化學(xué)家，卻被這個“失敗的概念”深深吸引。那就是當(dāng)時還默默無聞的北川進。

上世紀(jì)90年代初的科研界正沉迷于半導(dǎo)體與導(dǎo)電材料的狂熱，但北川進偏偏“逆流而上”，選擇研究幾乎無人問津的Cu?離子。

他用X射線衍射實驗反復(fù)驗證，發(fā)現(xiàn)Cu?能形成一種“蜂窩狀”的結(jié)構(gòu)，不僅穩(wěn)定，還能讓氣體自由進出，而不會破壞晶體框架。

這意味著，人類第一次制造出了“會呼吸的固體”，一種能吸附分子、又能保持自身結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的新型材料。

他將這種晶體命名為“多孔配位聚合物”（PCP），它正是后來MOF（Metal-Organic Frameworks）的雛形。

北川進用自己的實驗，推翻了此前“空洞結(jié)構(gòu)必然不穩(wěn)定”的認(rèn)知，讓“分子建筑”從科幻想象變成了現(xiàn)實。這一發(fā)現(xiàn)，猶如一束光，照亮了材料科學(xué)的下一個世紀(jì)。

“酒鬼教授”

作為科研界出了名的“酒鬼教授”，他嗜酒如命，卻也在醉意中孕育出驚人的創(chuàng)造力。他的學(xué)生常笑他“酒量驚人，靈感更多”。

別人看他不務(wù)正業(yè)，但他總說：“化學(xué)家最大的本事，就是分得清好酒和毒酒。”

這句玩笑背后，其實藏著他對科學(xué)的洞察，真正的科學(xué)家，不是只會計算公式，而是能品味萬物的本質(zhì)。

在上世紀(jì)九十年代，MOF研究幾乎被判了“死刑”。它的結(jié)構(gòu)復(fù)雜、制備困難、穩(wěn)定性差。同行們普遍認(rèn)為它不可能成為實用材料。

北川進卻固執(zhí)地堅持著，他堅信“空曠的空間里，藏著最深的秘密”。

他帶領(lǐng)團隊花了十年時間，從分子層面重新設(shè)計結(jié)構(gòu)鍵合，通過改變金屬離子的配位方式和有機連接體的形態(tài)，終于讓MOF具備了“柔性”，能像生物一樣“呼吸”，在溫度、壓力變化下自動調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)，卻依然保持穩(wěn)定。

這是一個劃時代的突破，讓MOF真正從“科研玩具”變成可用于工業(yè)的材料。

他的實驗室總是熱鬧的，學(xué)生們一邊做實驗，一邊討論生活與未來。北川進認(rèn)為，科學(xué)研究不是一場短跑，而是一場需要“慢節(jié)奏”的長旅。

他告訴學(xué)生：“科學(xué)的奇跡，往往藏在別人不耐煩的地方。”

這種“慢”的哲學(xué)，讓它在浮躁的時代中顯得格外珍貴。

2000年代初，北川進的研究成果在國際學(xué)術(shù)界引發(fā)轟動。

MOF的潛力被重新認(rèn)識，它可以吸附氣體、儲存氫能、過濾污染物，甚至有可能成為“碳中和”的關(guān)鍵技術(shù)基礎(chǔ)。

全球的研究機構(gòu)紛紛開始投入MOF研究，而北川進，成了“分子建筑師”的代名詞。

他說自己只是“一個在酒中尋樂的工匠”，他醉心的不是榮譽，而是那種“用雙手創(chuàng)造新物質(zhì)”的幸福感。

從沙漠取水到碳中和革命

北川進奠定了MOF的基礎(chǔ)，而讓它真正走向全球應(yīng)用的，是另一位科學(xué)家——奧馬爾·M·亞吉。這位出生于巴勒斯坦難民營的科學(xué)家，從小生活在缺水的環(huán)境中。

也許正因如此，他對“捕獲分子”的概念有著近乎執(zhí)念的熱情。1995年，他首次提出“MOF”這個術(shù)語，并合成了第一種可控結(jié)構(gòu)的MOF材料：MOF-5。

MOF-5像一個分子級的“海綿”，其內(nèi)部孔洞之多、結(jié)構(gòu)之廣闊，幾克粉末就能吸附上千倍體積的氣體分子。

它能捕獲二氧化碳、儲存氫氣、凈化空氣，甚至在極端干旱的地區(qū)從空氣中吸取水分。這種“分子魔方”的誕生，讓全球科學(xué)界震動，人類第一次擁有了能主動“呼吸”、選擇性捕獲分子的固體材料。

進入21世紀(jì)后，MOF技術(shù)的工程化應(yīng)用快速推進。加拿大公司Svante利用MOF材料開發(fā)出CALF-20系統(tǒng)，用于工業(yè)廢氣碳捕獲，效率遠超傳統(tǒng)化學(xué)吸收法。

沙特阿美公司則用MOF提純天然氣，將能耗降低40%；而在阿聯(lián)酋和約旦的沙漠，亞吉團隊成功利用MOF實現(xiàn)“空氣取水”，只需陽光照射，每天就能在干燥空氣中產(chǎn)出幾升清潔淡水。

這種材料的潛力幾乎無窮：在能源領(lǐng)域，它能提升氫燃料儲存效率；在環(huán)境領(lǐng)域，它能捕捉二氧化碳減少溫室效應(yīng)；在醫(yī)藥領(lǐng)域，它甚至被用于藥物緩釋與靶向輸送。

科學(xué)家形容它是“材料界的瑞士軍刀”，幾乎可以在任何分子層面上重新定義物質(zhì)結(jié)構(gòu)。

諾貝爾化學(xué)獎委員會所言：“MOF就像一座微型城市，在有限的空間里，藏著無限的可能?！彼粌H是一項技術(shù)，更是一種象征，象征著人類用智慧與熱情，讓看似無用的“空洞”變成改變世界的力量。

結(jié)語

從羅布森的木球靈感，到北川進的“醉中實驗”，再到亞吉在沙漠中“憑空取水”，MOF的故事貫穿了整整半個世紀(jì)的人類探索。

科學(xué)究竟為何而存在？

也許，科學(xué)并非冷冰冰的理性堆疊，而是對未知世界最深的熱愛與敬畏。

北川進在諾獎演講中說：“科學(xué)不是征服自然，而是理解自然，與它共生?！?/p>

在他那半醉半醒的微笑背后，藏著人類最寶貴的信念，對知識的渴望，對未來的篤信。這種信仰，才是科學(xué)最柔軟、也最堅硬的力量。