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从2025年诺贝尔化学奖三位科学家研究领域看到的未来科技方向
先引用一下诺贝尔奖官方网站的通俗介绍,三位获奖者被赞誉为“创造了化学的新空间”,在环境保护、能源存储和污染治理等方面具有广泛的应用潜力。
三位科学家是:日本京都大学北川進（きたがわ すすむ / Susumu Kitagawa）,澳大利亚墨尔本大学理查德·罗布森 (Richard Robson)，美国加州大学伯克利分校奥马尔·M·亚吉 (Omar M. Yaghi)，
1.日本著名化学家北川进——研究领域：化学，特别是金属有机骨架（MOF, Metal-Organic Framework ）生于1951年。
北川进是MOF（金属有机框架材料）研究的先驱之一。
他在 1990 年代率先合成出具有永久孔隙的多孔配位聚合物；
开创了“柔性 MOF” 的概念，让这种材料在气体吸附、分离和储存等领域具有广泛应用；
这些材料被广泛研究用于 二氧化碳捕集、氢气存储、催化、传感器等领域。
他的研究奠定了 MOF 这一领域的基础，影响深远，被誉为“多孔材料革命”的核心人物之一。
特点：强调材料的响应性和实用功能，兼顾结构美学与应用性能。
2.理查德·罗布森（Richard Robson）
研究重点：
早期 MOF 的理论设计与结构解析
1970s–1980s 通过配位化学设计三维金属–有机网络（coordination polymers）。
开创了 MOF 作为“晶体网络材料”的概念。
晶体工程方法
强调拓扑学（topology）和自组装原则，为后来的 MOF 设计奠定理论基础。
特点：偏向结构理论与设计方法，重点是理解和预测 MOF 的晶体结构，而不是直接功能应用。
3.奥马尔·M·亚吉（Omar M. Yaghi）
研究重点：
MOF 与 COF（Covalent Organic Frameworks， 共价有机框架）
强调可预测性、自组装与高度可设计的孔道结构。
高比表面积材料与气体吸附
CO₂、H₂、CH₄ 储存与捕集，类似北川进，但亚吉更强调材料通用性与可扩展性。
拓扑设计与功能化
使用模块化策略，将金属节点和有机配体像“积木”一样组合，实现结构和功能的可预测性。
特点：兼顾结构设计与应用潜力，但侧重通用平台和可预测化学。
罗布森是 MOF 的“理论奠基人”，奠定了配位化学和晶体拓扑学基础；
亚吉是“平台化设计者”，开发了可预测、模块化的超孔材料，并推动其应用于气体存储和催化；
北川进是“功能化应用专家”，强调 MOF 的柔性响应、气体储存分离以及催化应用，尤其在氢燃料和 CO₂ 转化等方面具有显著实验成果。
Robson—-侧重于概念和结构。
Yaghi—–侧重于可预测设计与平台化。
Kitagawa—侧重于实验应用与功能化。
三人获奖的组合很有代表性：从理论奠基 → 模块化设计 → 实用功能化，完整展现了 MOF 科学发展的历程。
瑞典皇家科学院在其新闻稿中指出，MOFs的独特结构使其能够在小体积内提供巨大的表面积，类似于《哈利·波特》中的赫敏魔法手袋，能够容纳大量物质。 这种新型分子结构的开发为定制功能材料的设计开辟了新的可能性，具有解决人类面临的重大挑战的潜力。
关键的最后这句话,“具有解决人类面临的重大挑战的潜力。”。
三人的研究也的确具有这样的潜力,解释如下。
因为他们的研究实际就是涵盖了从“人工光合作用”或者称“仿生光合作用”能量收集阶段到产出物释放电力为人类所用的整个阶段。
万物生长靠太阳,光合作用是人类生存的基石,绿色植物、藻类和某些光合细菌利用 太阳光能 将 二氧化碳（CO₂）和水（H₂O） 转化为 有机物（主要是糖类） 并释放 氧气（O₂）,植物光合作用储存的能量是化石燃料（煤、石油、天然气） 的源头,我们今天燃烧的煤和油，是数百万年前植物光合作用积累的化学能。
同时光合作用提供的氧气和食物维系了整个生态系统,生态链的每一环都依赖光合作用的能量输入。
三人研究的MOFs 既可以作为气体“储存罐”，还能作为高效催化剂，实现光、电、热等多种能量驱动下的 CO₂ 转化。
例如, CO₂ 转化研究中最具代表性、引用最多的体系之一，也是许多新能源催化材料的原型系统的Ti-MOF（NH₂-MIL-125(Ti)）催化 CO₂ 光还原生成甲醇（CH₃OH）。
这一体系利用太阳能驱动反应
无需高温高压
,反应可逆可控有助于实现碳循环,
同时具有高选择性,主要产物的甲醇
,不仅是一种化工原料，还可以直接作为燃料电池燃料（DMFC）； 作为氢源经重整产生氢气；
用于合成塑料、溶剂、燃料添加剂。
这一体系就类似植物的光合作用,吸收阳光将能量储存在产出物甲醛上。
同样,MOFs 也会被用于甲醛氢燃料电池的能量释放方面,不仅是在氢气的储存与纯化环节。 而且在燃料电池中氢氧反应（HOR）和氧还原反应（ORR）中还可以做为“催化剂”或“催化载体”，起到类似于“生物酶”中催化活性中心的作用,就是说MOFs（金属有机框架材料）方面的成果也对燃料电池的关键“电化学反应环节”也具有重大意义。
这代表了MOFs在能量释放(直接提供电能)环节的重要作用。
同时,北川进的研究对日本氢燃料电池技术作出了重大贡献,这也解释了日本汽车工业为什么在氢燃料电池应用方面的遥遥领先。
科技的进步是建立在前人成果的基础之上的,MOFs微孔海棉吸附储存的灵感可能也是来源于几十年前前人的微孔填料丙酮溶解乙炔的技术。
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