Joan Serrano-Plana对 2025 年诺贝尔化学奖授予 MOFs 领域三位奠基人Susumu Kitagawa、Richard Robson、Omar M. Yaghi进行评述，系统梳理 MOFs 从概念提出、结构突破到实用化的发展脉络，并阐明其科学价值与产业前景。相关工作方便在Nature Chemistry。
金属有机框架（MOFs）作为一类超高比表面积、结构可精准设计的多孔功能材料，在气体存储、分离、催化、能源等领域展现巨大价值，其发展代表现代配位化学与材料科学的里程碑突破。
- 2025 年诺贝尔化学奖授予Susumu Kitagawa、Richard Robson、Omar M. Yaghi，表彰其金属有机框架（MOFs）的开创性贡献。
- Richard Robson 在 1989 年提出 MOFs（配位聚合物）设计原理，奠定结构设计基础。
- Susumu Kitagawa 发展高稳定 MOFs 与柔性 MOFs，推动气体吸附应用。
- Omar M. Yaghi 提出 “MOF” 术语，研发高稳定、高孔隙 MOF-5，实现结构永久孔隙与大规模应用。
- MOFs 现已超 10 万种结构，在气体存储、分离、催化、水收集、传感、药物递送等领域广泛应用，正从实验室走向工业化与商业化。
- 诺奖标志 MOFs 从基础科学走向真实世界技术，成为当代材料化学的支柱领域。
金属-有机框架（MOFs）长期以来一直被视为诺贝尔化学奖的有力竞争者。如今，诺贝尔委员会通过将2025年奖项授予北川进、理查德·罗布森和奥马尔·M·亚吉，以表彰他们“在金属-有机框架发展方面的贡献”，从而认可了这些材料的重要性。
MOFs是由金属离子或簇与有机分子连接而成的分子架构，形成具有重复结构单元的延伸网络。它们是高度模块化的材料，金属节点和有机配体的组合几乎无穷无尽，从而实现了拓扑结构、连接方式和组成的可调控性。这些材料的一个重要特性是其卓越的孔隙率。其节点和连接体的空间排列创造了内部空隙空间；因此，几克特定MOFs的表面积就能媲美一个足球场的表面积。MOFs的孔隙率和结构多样性使其成为无数应用领域中有前景的候选材料，包括气体存储与分离、限域孔道内的催化、水收集、传感甚至药物递送。
1989年，理查德·罗布森首次提出了MOFs（当时也称为“配位聚合物”）的合成设计原则。受金刚石结构（其中每个碳原子与另外四个碳原子相连）的启发，罗布森及其团队将铜盐与一种四腈有机配体进行反应。他们的产物具有重复的锥体单元和填充溶剂的空腔。基于这种合成方法，罗布森开发了多种具有客体分子填充空腔的配位聚合物，并展示了它们在离子交换方面的潜力。然而，这些早期结构大多相当脆弱，容易坍塌。
20世纪90年代，北川进设计了具有更高稳定性的MOFs，并证明这些材料可用于气体吸附过程，能够吸收和释放氧气、氮气或甲烷等气体。随后，北川进开创了柔性MOFs的发展——这些框架能够响应气体吸附或脱附而发生结构变化，从而为这些材料增添了新的适应能力。
“金属-有机框架”这一术语归功于奥马尔·亚吉。1995年，亚吉开发了基于钴和含羧酸盐连接体的MOFs，这显著提高了材料的稳定性——甚至可高达300°C。几年后，亚吉的研究小组还报道了标志性的锌基MOF-5，其具有立方拓扑结构，表现出高孔隙率和异常大的表面积。研究人员证明，可以从MOFs孔道中去除客体分子，同时结构保持完整并具有永久孔隙率。
自20世纪90年代以来，MOFs领域已经取得了长足的进步，并在多个方向上取得了巨大发展。虽然MOFs最初被设想为晶体材料，但该领域也已发展到包括非晶态变体，如无定形MOFs、MOF液体和MOF玻璃。如今，已知的MOFs结构远远超过10万种。始于分子化学领域的一个概念，现已发展成为具有实际应用的材料，包括环境和能源相关技术。最初是实验室规模的学术发现，MOF研究现已朝着大规模生产和商业化方向迈进。展望未来，该领域将继续发展，进一步确定针对特定应用的最佳MOFs结构，并实现更高的可扩展性和可持续性。诺贝尔奖是对MOFs领域及其先驱者当之无愧的认可，但未来无疑还有更多值得期待。
文献来源：https://doi.org/10.1038/s41557-025-02031-3
文章来源：公众号【架见】
