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解读|为什么说2025年诺贝尔化学奖MOF技术的应用很可能首先在中国进行?

“中国拥有非常大的市场基础,并且一直保持高标准,对绿色技术和碳中和目标进行了大量投资,因此这项技术很可能首先在中国引入。”2011年至2015年在奥马尔亚奇实验室担任博士后研究员、现任科技大学2060研究所副所长的张越边说。上海。北京时间10月8日17时45分,2025年诺贝尔化学奖揭晓。瑞典皇家科学院决定将该奖项授予 Susumu Kitakawa、Richard Robson 和 Omar M. Yagi,以表彰三位科学家对金属有机框架(MOF)开发的贡献。 1100万瑞典克朗(约合人民币836万元)的奖金将由三位获奖者平分。北川进,1951年出生于京都,1979年获得日本京都大学博士学位,现任教授日本京都大学教授,是第 27 位获得自然科学奖的日本人(其中包括三位美国人)。 10月6日,大阪大学坂口文文教授荣获2025年诺贝尔生理学或医学奖。奥马尔·雅奇 (Omar Yaqi) 1965 年出生于约旦安曼。他于 1990 年在伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校获得博士学位,现任加州大学伯克利分校教授。因其杰出的研究成果,八木教授荣获2018年素有“诺贝尔笔”之称的沃尔夫化学奖。理查德·罗布森1937年出生于英国格伦斯本。 1962年获得英国牛津大学博士学位,现任澳大利亚墨尔本大学教授。诺贝尔化学奖委员会主席海纳·林克表示:“有机结构非金属材料具有巨大潜力,为具有新功能的定制材料提供了前所未有的可能性。” “我们希望财政部技术每年都会获得诺贝尔奖。 “今年大家都希望能赢。”上海科技大学2060研究所副所长张跃标10月8日接受本报采访时表示。2011年至2015年,张跃标与奥马尔·亚奇一起担任博士后研究员。上海复旦大学化学系教授、博士生导师、月报学生、奥马尔·八木博士生张立翘伟告诉文章,金属有机结构的概念已经发展了30年,今年的诺贝尔化学奖“当之无愧”地授予了三位科学家。为什么 MOF 被认为是颠覆性创新?什么是金属有机框架(MOF)?张跃标告诉本文,该材料是由金属中心和有机配体组成的结构。这可以想象为“纳米级建筑”。有机分子充当“支柱”和金属离子充当“支柱”。协同构建空间相连的三维框架,“连接节点”。正是由于这种结构,“宇宙的化学”在分子尺度上诞生,晶体和小分子在纳米空间中有规律地组织和运动,执行客体分子的吸附、储存、分离和转化等各种功能。 1989 年,理查德·罗布森 (Richard Robson) 尝试以全新的方式利用原子的独特性质。他将带正电的铜离子与四臂分子结合在一起,该分子的每个“臂”末端都有一个化学基团,可以吸引铜离子。当聚集在一起时,它们形成结构和空间有序的晶体。膨胀的实体,就像充满无数空腔的“分子钻石”。当时,很少有人相信有机化学可以用来创造像晶体一样稳定的结构。罗布森很快认识到了这种分子结构的潜力,但它并不被认可。桌子,容易倒塌。后来北川进和奥马尔阿吉为这种方法奠定了坚实的基础。 1995年,Omar Yaghi首次系统地提出了金属有机框架(MOF)的概念。同年,他发表了该行业的创始论文“包含大矩形通道的有机金属框架的水热合成”。他们通过水热反应构建了具有规则且稳定的孔隙结构的MOF晶体,展示了这种新材料的“可设计性”和“持久孔隙率”,标志着MOF研究领域的开始。 20世纪90年代,北川进提出并通过实验证明气体分子可以可逆地进出金属有机结构,揭示了它们的“可呼吸”孔隙率。他还预测并验证了MOFs可以具有灵活性(呼吸行为),这意味着当分子被吸附或释放时,它们的结构会发生可逆的变化。据诺贝尔奖网站报道,继三位获奖者的重要发现之后,mists 已经构建了数以万计的不同类型的 MOF。其中一些可以帮助解决人类面临的最大挑战,例如从水中分离全氟辛烷磺酸(PFAS)、分解环境中的微量药物、捕获二氧化碳以及从沙漠空气中提取水。 MOF 应用程序很可能会首先在中国推出。 Omar Yaghi是金属有机框架和共价有机框架(COF)等相关领域的先驱和创始人。他在功能性多孔材料的合成及其应用方面做出了开创性贡献,包括氢气和甲烷储存、二氧化碳捕获、气体分离和水回收,并推出了MOF。像 COF 这样的调查正在蓬勃发展。李朝伟先生告诉本报,奥马尔·八木先生是一位非常重视基础研究的优秀教授。即使在获得博士学位后,我仍然坚持与我的导师关系非常好,将被邀请到复旦大学演讲。张跃宝2011年至2015年在加州大学伯克利分校担任博士后研究员。他告诉本报,他的联合主任奥马尔·亚奇教授是一位非常有魅力的科学家,他的研究团队也欢迎中国研究人员的参与。 “老师对我们说的最多的一句话就是‘再努力一点’。近年来,我觉得人的生命很短暂。“如果有梦想,就应该尽快实现。”张跃标说,他认为获得这个奖项不是终点,而是一个新的起点。这种新材料不仅让人们关注到它的价值,未来还可能实现更好的商业应用。张跃标说,与传统材料相比 多孔材料(例如二氧化硅和氧化铝基沸石),许多人最初认为金属有机框架(MOF)会更有效令人沉思的是因为它们含有有机成分。然而,这一担忧最终被克服,研究人员可以选择更便宜的有机配体,并通过大规模合成来降低制造成本。同时,借助无溶剂且环保的工艺,可以进一步提高生产效率和可持续性。因此,从技术角度来看,大规模生产MOFs是完全可行的。另一方面,MOF的潜力在于其能够创造超过成本的应用价值,并且有良好的商业化前景。张跃宝认为,MOF相关研究未来将逐步走向产业化和实际应用,特别是在中国。凭借完整的供应链体系和成熟的工程团队,该技术有望在国内首次大规模落地应用。 “这项技术更有可能“之所以引入中国,是因为中国有非常大的市场基础,一直保持高标准,对绿色技术和碳中和目标坚定投入。”张跃宝说。化学正在成为一切的交集。2025年诺贝尔化学奖一度被认为“最难以预测”。英国皇家化学会旗下的《化学世界》此前认为,今年最有可能获奖的三个方向是 单原子催化剂、绿色电池和生物分子凝聚物。鲍坤,科普专家、博士。康奈尔大学物理化学博士生认为,诺贝尔奖委员会非常清楚地反映了这样一个事实:化学不再是一门“独立学科”,而是连接所有科学的桥梁。例如,材料科学依靠化学来设计分子。生物科学依靠化学来理解生命的反应。人工智能 科学也借鉴化学尝试模拟现实世界的能量、结构和反应。这就是为什么近年来DNA结构的发现获得了化学奖,电池和晶体管获得了化学奖,蛋白质结构预测和催化AI模型入围了预测。在科学的发展中,化学正在成为一切事物的交集。每年诺贝尔奖评选的重点,实际上反映了人类认识世界的方向。自1901年以来,诺贝尔奖共颁发给116位学术奖获得者,共有195人获得诺贝尔化学奖。化学奖最年轻的获奖者是弗雷德里克·约里奥特,获奖时35岁,最年长的是约翰·B·古迪纳夫,获奖时97岁。近三年诺贝尔化学奖:2024年诺贝尔化学奖授予了三位科学家:一半授予了美国化学家大卫·贝克(David Baker)一半奖金授予来自伦敦人工智能公司 Google DeepMind 的 Demis Hassabis 和 John M. Jumper,表彰其在蛋白质结构预测方面的贡献。 2023年诺贝尔化学奖将授予麻省理工学院的Mungi G. Bawendi教授、哥伦比亚大学的Lewis E. Bruce教授和美国纳米晶体技术公司前首席科学家Alexei Ekimov,以表彰他们在量子点的发现和合成方面做出的贡献。 2022 年诺贝尔化学奖将授予美国化学家卡罗琳·R·贝尔托齐 (Carolyn R. Bertozzi)、丹麦化学家莫滕·梅尔达尔 (Morten Meldal) 和美国化学家 K·巴里·夏普莱斯 (K. Barry Sharpless),以表彰他们在点击化学和生物正交化学研究方面的贡献。
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