您现在看到的图片就是2025年诺贝尔化学奖“金属有机物框架（Metal-Organic Frameworks）”的结构图，其中紫⾊⼩球就是铜离⼦，绿⾊的⼀条⼀条的⻓臂就是四氰基四苯基甲烷，中间有巨⼤的孔洞。 ⽽铜是⾦属，四氰基四苯基甲烷是有机物，⽽且还有规律的孔洞。于是这个东⻄就是这次获奖的⾦属有机物框架。它的来源是来自不同地方的三个人所共同找到的。

什么叫做“金属有机物框架”

针对这个问题，我去问了一下AI模型，用科普的角度描述，特别有意思。

• 一种是金属离子或金属小团簇，比如锌、铜、铁、锆等；
• 另一种是有机分子，也就是含有碳元素的“连接杆”，它们通常两端或多个位置能“抓住”金属。

当这些金属和有机分子在溶液中相遇时，它们会自动“牵手”、有序排列，形成一个三维的网状结构——就像用金属做“节点”，有机分子做“横梁”，搭出一个巨大的、内部充满空隙的“分子建筑”。

MOFs最让人惊叹的一点是：它几乎是“空”的！

你可能很难相信，一克（大约一颗花生的重量）某种MOFs材料，如果把它内部的表面积全部展开，可以覆盖一个足球场甚至几个足球场！这种“超高比表面积”和“超高孔隙率”是传统多孔材料（比如活性炭）远远比不上的。

打个比方：如果你把一块MOFs材料比作一栋大楼，那这栋楼几乎全是走廊和房间，墙体薄得几乎可以忽略——这为它储存或捕捉其他分子提供了巨大空间。

正因为这种“空”，MOFs成了科学家眼中的“万能材料”。它的用途正在不断被开发：

• 储存清洁能源：氢气和甲烷是理想的清洁能源，但储存和运输很难。MOFs就像“微型海绵”，能把这些气体分子紧紧“锁”在孔道里，提高储存效率。
• 捕捉二氧化碳：从工厂排放的废气中，选择性地“抓”住二氧化碳，帮助减缓气候变化。
• 净化空气和水：能吸附有毒气体或水中的污染物，用于环保和空气净化。常用的活性炭或者沸⽯这种天然具有吸附特性的物质，虽然能做到吸附，但是你要是想让它们对⽓体具有⾼度选择性，是做不到的。但是MOFs就可以。
• 做“智能药匣”：把药物分子装进MOFs的孔道里，送到人体特定部位再释放，实现精准治疗。
• 当“分子侦探”：某些MOFs遇到特定气体（比如爆炸物蒸气）会发光或变色，可用于安检或环境监测。

怎么发现的

Robson的初代判断

1974年，澳大利亚墨尔本大学的Richard Robson老师在讲分子模型的时候，突然意识到：“其实⼀个分⼦最终在空间中是⼀种什么结构，是⼀个早就命中注定的事情……进一步思考，包含了多个原⼦的分⼦尚且如此，那由多个分⼦组成的更⼤的分⼦⽹络，这个⽹络的结构，不也是可以在冥冥之中做好安排吗？”

他先在原来框架的孔洞⾥，填满了四氟硼酸根离⼦（BF₄⁻）的溶液，然后把这个框架浸泡在了六氟磷酸根离⼦（PF₆⁻）溶液中。于是就发⽣了——孔洞⾥的BF₄⁻被溶液中的PF₆⁻给取代了，不但取代了，⽽且这个正四⾯体的结构依旧稳定。

这就有点意思了。尽管好像⽬前⼯业界并没有这两类离⼦置换的需求，但具体是什么⾦属和什么有机物组成的带窟窿的⼤⽹，咱们是可以⽤上帝视⻆做设计的。等设计出来之后，就可以真的像⼤⽹⼀
样，有选择性地从⼀⼤堆杂质⾥，把那⼀种我们关⼼的离⼦给捞出来了，这个作⽤可⽐传统的提纯的操作要⽜多了。

北川进的验证

1992年，日本京都大学的北川进教授也在用类似的材料做MOFs，他⽤的⾦属也是铜离⼦，⽤的有机物是“4,4′-联吡啶”（第⼀个4代表吡啶环上的4位，第⼆个4’是第⼆个环上的对位）。这个结构形成之后，样⼦有点像芯⽚内部的铜导线，纵横交错，上下分好⼏层，⽽
且中间有很多空间。这个东⻄同样可以选择性地吸附甲烷、氮⽓和氧⽓，⽽且吸附后⾃身形状不发⽣改变。

奥马尔·亚吉的细致微调

1992年，奥马尔·亚吉做了这张网，加热到350℃也不会崩解，对物质也有选择性吸附。

亚吉的⼯作做得最细，他⾃上⽽下的设计，可以对选择特性做微调，这⼀下就扩⼤了这种材料的使⽤范围。今天这种材料最常⻅于芯⽚⽣产中。在给晶圆做离⼦注⼊时，喷的砷烷、磷烷、三氟化硼等等⽓体都是有毒的，这些有毒⽓体今天都在使⽤“⾦属-有机物框架”来吸附、存储，然后运输出去做后处理（进⼀步的净化、转化或安全处置）。

现实应用

今天这种材料最⼴泛使⽤的场合，还是在⽐材料本身贵重得多的芯⽚的⽣产过程中。

不过，随着时间的演进，这类研究将会更多的应用于我们高精尖技术中。