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※ 本文為 Knuckles 轉寄自 ptt.cc 更新時間: 2025-10-09 00:12:40
看板 Gossiping
作者 jackliao1990 (j)
標題 [爆卦] 2025年諾貝爾化學獎
時間 Wed Oct  8 17:48:22 2025


https://x.com/NobelPrize/status/1975860703857680729

瑞典皇家科學院決定將2025年諾貝爾化學獎頒給北川進、Richard Robson 和 Omar M.
Yaghi,以表彰他們「在金屬有機框架領域的發展」。

北川進
1951年出生於日本京都。1979年在日本京都大學獲得博士學位。現任日本京都大學教授。

理查德· 羅布森

1937年出生於英國格勒斯本。 1962年獲英國牛津大學博士學位。現為澳洲墨爾本大學教
授。

奧馬爾· M· 亞吉
1965年出生於約旦安曼。 1990年獲得美國伊利諾大學香檳分校博士學位。現為美國加州
大學柏克萊分校教授。


他們為化學創造了新的房間

北川進(Susumu Kitagawa) 、 理查德· 羅布森(Richard Robson) 和 奧馬爾· M· 亞
吉(Omar M. Yaghi) 因開發出一種新型分子結構而榮獲2025年諾貝爾化學獎。他們創造
的這種結構——金屬有機骨架——包含巨大的空腔,分子可以在其中進出。研究人員利用
它們從沙漠空氣中獲取水分、從水中提取污染物、捕獲二氧化碳並儲存氫氣。


一間美觀寬敞的單間公寓,專為你作為水分子的生活而設計——房地產經紀人可能會這樣
描述近幾十年來世界各地實驗室研發的各種金屬有機框架之一。其他此類結構則專門用於
捕捉二氧化碳、從水中分離全氟辛烷磺酸 (PFAS)、在體內輸送藥物或處理劇毒氣體。有
些結構可以捕捉水果中的乙烯氣體(使其成熟得更慢),或是封裝分解環境中微量抗生素
的酵素。


簡而言之,金屬有機骨架極為有用。北川進(Susumu Kitagawa)、理查德· 羅布森(
Richard Robson)和奧馬爾· 亞吉(Omar Yaghi)榮獲2025年諾貝爾化學獎,因為他們創
造了第一個金屬有機骨架(MOF)並展示了其潛力。由於這三位得獎者的工作,化學家們
得以設計出成千上萬種不同的MOF,從而催生出新的化學奇蹟。


正如科學界常見的情況一樣,2025年諾貝爾化學獎的故事始於一位打破常規的思考者。這
次,靈感來自於一堂經典化學課的準備,當時學生需要用棒狀和球狀的物體來建構分子。

一個簡單的分子木製模型產生了一個想法


那是1974年。當時在澳洲墨爾本大學任教的理查德· 羅布森接到一個任務,要把木球變成
原子模型,以便學生們能夠創建分子結構。為了完成這項工作,他需要大學的工作室在木
球上鑽孔,以便木棒(即化學鍵)能夠與原子連接。然而,這些孔不能隨意排列。每個原
子(例如碳、氮或氯)都以特定的方式形成化學鍵。羅布森需要標出鑽孔的位置。


當車間歸還木球後,他開始嘗試建構一些分子。這時,他靈光一閃:孔洞的位置蘊含著大
量的資訊。由於孔洞的位置,模型分子會自動擁有正確的形態和結構。這項發現引發了他
的下一個想法:如果他利用原子的固有屬性來連接不同類型的分子,而不是單個原子,會
發生什麼事?他能設計出新型態的分子結構嗎?


Robson 打造創新化學產品

每年,當羅布森拿出木製模型給新生上課時,他都會有同樣的想法。然而,十多年後,他
才決定進行實驗。他從一個非常簡單的模型開始,靈感來自鑽石的結構:鑽石中每個碳原
子與其他四個碳原子結合,形成一個微型金字塔(圖2)。羅布森的目標是建構一個類似

的結構,但他的模型將基於帶正電的銅離子Cu+。像碳一樣,它們更喜歡周圍有四個原子。


他將銅離子與一個有四個臂的分子結合在一起: 4′,4〃,4”',4””-四氰基四苯基甲
烷。我們無需記住它複雜的名稱,但重要的是,每個臂末端的分子都有一個化學基團腈,
它會被帶正電的銅離子吸引。

當時,大多數化學家認為,將銅離子與四臂分子結合,會形成一個由離子和分子組成的鳥
巢。但事情卻如羅布森所料。正如他所預測的那樣,離子和分子之間固有的吸引力起了作
用,因此它們自行組裝成一個大型分子結構。就像鑽石中的碳原子一樣,它們形成了規則
的晶體結構。然而,與緻密的鑽石不同,這種晶體包含大量巨大的空腔。


1989年,羅布森在 《美國化學會誌》 上發表了他的創新化學成果。在文章中,他展望了
未來,並指出這可能為材料的建造提供一種新途徑。他寫道,這些材料可能具有前所未有
的特性,甚至可能帶來益處。


事實證明,他已經預見了未來。

羅布森帶來了化學領域的拓荒精神

在他開創性研究發表的第二年,羅布森提出了幾種新型分子結構,這些結構中空腔內填充
了各種物質。他利用其中一種結構來交換離子。他將這種充滿離子的結構浸入含有不同類
型離子的液體中。結果,離子發生了位置互換,證明了物質可以流入和流出這種結構。


羅布森在實驗中展示了合理的設計可以用於建構內部空間寬敞、針對特定化學物質進行最
佳化的晶體。他認為,這種新型分子結構——如果設計正確—可以用於催化化學反應等。

然而,羅布森的構想搖搖欲墜,隨時可能崩塌。許多化學家認為這些構想毫無用處,但也
有人看出他有所建樹,他對未來的構想喚醒了他們的開拓精神。為他的願景奠定堅實基礎
的是北川進(Susumu Kitagawa)和奧馬爾· 亞吉(Omar Yaghi)。 1992年至2003年間,
他們分別取得了一系列突破性的發現。我們將從1990年代開始,從當時在日本近畿大學工
作的北川進(Susumu Kitagawa)開始。


北川的座右銘:無用之物也能變得有用

在他的研究生涯中,北川進(Susumu Kitagawa)始終遵循著一個重要的原則:努力發現
「無用之用」。年輕學生時代,他讀過諾貝爾獎得主 湯川秀樹 的一本書。湯川在書中引
用了中國古代哲學家莊子的話:我們必須質疑我們認為有用的東西。即使某些東西不能帶
來直接的益處,它最終也可能被證明是有價值的。


因此,當北川開始研究建構多孔分子結構的潛力時,他並不認為它們必須有特定的用途
。 1992年,他首次展示了自己的分子結構,當時它確實沒什麼用處:一種二維材料,帶
有空腔,丙酮分子可以藏匿其中。然而,它源自於一種對分子建構藝術的全新思考。像羅
布森一樣,他使用銅離子作為基石,並透過更大的分子連接在一起。


北川想繼續試驗這項新的建築技術,但當他申請資助時,研究資助者認為他的雄心壯志沒
有任何特別的意義。他創造的材料不穩定,也沒有任何用途,因此他的許多提案都被拒絕
了。


然而,他沒有放棄,並在1997年取得了第一個重大突破。他的研究團隊利用鈷、鎳或鋅離
子以及一種名為 4,4′-聯吡啶 的分子,建構了三維金屬有機骨架,這些骨架之間由開放
通道相交。當他們將其中一種材料乾燥(即抽乾水分)後,它變得穩定,甚至可以在空間
中填充氣體。這種材料可以吸收和釋放甲烷、氮氣和氧氣,而不會改變形狀。


北川看到了自己作品的獨特之處

北川的構造既穩定又實用,但研究資助者仍未能發現其魅力。原因之一是,化學家已經擁
有沸石—一種穩定多孔的材料,可以用二氧化矽來製造。沸石可以吸收氣體,那麼為什麼
有人會開發出一種效果不如沸石的類似材料呢?


北川進(Susumu Kitagawa)深知,如果想獲得任何重大資助,就必須闡明金屬有機骨架
的獨特之處。因此,1998年,他在 《日本化學會誌》 上闡述了自己的構想。他列舉了
MOF的諸多優勢。例如,它們可以由多種類型的分子構成,因此在整合不同功能方面擁有
巨大的潛力。此外,這一點也很重要,他意識到MOF可以形成軟材料。與通常為硬質材料
的沸石不同,MOF包含靈活的分子結構單元,可以形成柔韌的材料。


此後,他只需將自己的想法付諸實行。北川與其他研究人員一起,開始開發柔性MOF。在
他們進行這項工作的同時,我們將把重點轉移到美國,在那裡,奧馬爾· 亞吉也致力於將
分子結構提升到新的高度。


一次秘密圖書館之旅讓 Yaghi 對化學有了新的認識

對奧馬爾· 亞吉來說,學習化學並非顯而易見的選擇。他和兄弟姊妹在約旦安曼的一間小
房間長大,那裡沒有電,也沒有自來水。學校成了他逃避充滿挑戰的生活的避難所。十歲
那年,有一天,他偷偷溜進平常上鎖的學校圖書館,從書架上隨意翻閱了一本書。打開書
,他的目光被那些難以理解卻又引人入勝的圖片所吸引──這是他第一次接觸分子結構。

15歲時,在父親嚴厲的教導下,亞吉前往美國學習。他被化學深深吸引,最終被新材料設
計藝術所吸引,但他發現傳統的建構新分子的方法太難以預測。通常,化學家會將需要反
應的物質混合在一個容器中。然後,為了啟動化學反應,他們會加熱容器。所需的分子會
生成,但通常會伴隨一系列污染性的副產物。


1992年,亞吉在亞利桑那州立大學擔任研究組組長,首次擔任該職位時,他希望找到更可
控的材料合成方法。他的目標是透過合理的設計,將不同的化學成分(就像樂高積木一樣
)連接起來,形成大型晶體。這極具挑戰性,但最終,當研究小組開始將金屬離子與有機
分子結合時,他們成功了。 1995年,亞吉發表了兩種不同二維材料的結構;它們形狀像
網狀,由銅或鈷連接在一起。後者可以在其空間中容納客體分子,當這些客體分子被完全
佔據時,它非常穩定,即使在350° C的高溫下也不會崩塌。亞吉在《自然》雜誌的一篇文
章中描述了這種材料,並創造了「金屬有機骨架」這個名稱;這個術語如今被用來描述由
金屬和有機(碳基)分子構成的、可能包含空腔的有序延伸分子結構。


Yaghi 的框架只需幾克就能容納一個足球場

1999年,Yaghi向世人展示了MOF-5,為金屬有機骨架的發展樹立了新的里程碑。這種材料
已成為該領域的經典。它是一種極為寬敞且穩定的分子結構。即使在空的情況下,它也能
加熱到300° C而不會坍塌。


然而,令許多研究人員感到驚訝的是,這種材料立方體內部隱藏著巨大的空間。幾克的
MOF-5就擁有一個足球場那麼大的面積,這意味著它能吸收的氣體比沸石多得多。

說到沸石和MOF之間的區別,研究人員僅用了幾年時間就成功開發了柔性MOF。北川進本人
就是其中一位能夠提出這種柔性材質的人。他的材料在充滿水或甲烷時會變形,而在抽空
後又會恢復原狀。這種材料的行為有點像肺,可以吸入和呼出氣體,既可變又穩定。


Yaghi 的研究團隊利用沙漠空氣變出飲用水

奧馬爾· 亞吉(Omar Yaghi)於2002年和2003年奠定了金屬有機骨架材料(MOF)的基石
。在 《科學》(Science) 和 《自然》(Nature)雜誌 上發表的兩篇文章中,展示了
以合理的方式修飾和改變MOF材料,賦予其不同特性的可能性。他成功製備了16種MOF-5變
體,其空腔比原始材料中的空腔更大或更小。其中一種變體可以儲存大量的甲烷氣體,亞
吉認為這種氣體可以用於再生天然氣(RNG)燃料汽車。


隨後,金屬有機骨架材料風靡全球。研究人員開發出一種分子工具包,其中包含各種不同
的部件,可用於建造新的MOF。這些部件形狀各異、特性各異,為基於人工智慧設計用於
不同用途的MOF材料提供了巨大的潛力。Yaghi的研究小組從亞利桑那州的沙漠空氣中收集
了水。夜間,他們的MOF材料吸收了空氣中的水蒸氣。黎明到來,太陽加熱材料,他們就能
收集到水了。


捕獲二氧化碳和有毒氣體的MOF材料

研究人員已經創造出眾多不同且功能齊全的MOF材料。迄今為止,這些材料大多僅小規模
應用。為了充分發揮MOF材料對人類的益處,許多公司正在投資其大規模生產和商業化。
其中一些公司已經取得了成功。例如,電子業現在可以使用MOF材料來吸收生產半導體所
需的部分有毒氣體。另一種MOF材料可以分解有害氣體,包括一些可用於化學武器的氣體
。許多公司也正在測試能夠捕獲工廠和發電廠二氧化碳的材料,以減少溫室氣體排放。

一些研究人員認為,金屬有機骨架材料潛力巨大,可望成為21世紀的材料。時間會證明一
切,但透過金屬有機骨架材料的開發,北川進、理查德· 羅布森和奧馬爾· 亞吉等人為化
學家們提供了解決我們面臨的一些挑戰的新機會。正如阿爾弗雷德· 諾貝爾的遺囑所述,
他們為人類帶來了最大的福祉。




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※ 發信站: 批踢踢實業坊(ptt.cc), 來自: 111.253.165.36 (臺灣)
※ 作者: jackliao1990 2025-10-08 17:48:22
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VVizZ: 誰1F 220.130.142.210 台灣 10/08 17:48
VVizZ: 又日本人喔
DellSale999: 當年他是我排頭3F 1.174.80.195 台灣 10/08 17:49
nekoares: wow 日本要嗨翻天了4F 114.45.150.244 台灣 10/08 17:49
VVizZ: 福山雅紀呢5F 220.130.142.210 台灣 10/08 17:50
vowpool: 哇 金屬工藝要進步了嗎6F 125.227.40.62 台灣 10/08 17:50
LoveSports: 感謝速報7F 202.171.224.172 日本 10/08 17:51
koj: 金屬有機框架,感覺是開眼鏡行的8F 136.226.241.34 台灣 10/08 17:52
dd1115dd1115: 哈哈哈9F 114.136.192.190 台灣 10/08 17:52
VVizZ: 什麼是金屬有機框架10F 220.130.142.210 台灣 10/08 17:52
dd1115dd1115: 阿本仔好猛11F 114.136.192.190 台灣 10/08 17:52
Lexus: 看八卦版我都以為日本要亡國了 結果諾貝爾12F 36.226.129.153 台灣 10/08 17:52
Lexus: 獎數量狗電東南亞雜魚島
webster1112: 中國押注在和平獎!!!!14F 220.138.50.219 台灣 10/08 17:52
saladbread: 日本的基礎科學真的厲害15F 101.8.250.42 台灣 10/08 17:52
VVizZ: 會變成液態金屬人那種嗎16F 220.130.142.210 台灣 10/08 17:52
amethystboy: 本來要攻讀這個領域的17F 1.164.76.50 台灣 10/08 17:53
cowardlyman: 翁啟惠今年又沒拿到嗎?18F 211.21.92.210 台灣 10/08 17:53
syearth: 翁啟惠那個被起訴的 就算了19F 114.45.40.184 台灣 10/08 17:54
vowpool: 看來我搞錯了 好像是偏材料革新20F 125.227.40.62 台灣 10/08 17:54
cowardlyman: S大,他不是三審無罪嗎?21F 211.21.92.210 台灣 10/08 17:54
tn907915: 青鳥吹翁啟惠這麼多年結果???22F 101.12.233.124 台灣 10/08 17:59
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Bugquan: 不意外大熱門之一24F 39.14.8.33 台灣 10/08 18:00
kinmengon: 今年日本又再一位得獎 京都大學教授25F 39.14.10.49 台灣 10/08 18:00
kamitengo: 總算又有經典化學項目得獎了26F 27.247.39.237 台灣 10/08 18:02
bbs0840738: 開眼鏡行的害我大笑27F 118.170.82.114 台灣 10/08 18:02
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bigtien6292: 翁啟惠只能等安慰獎了30F 111.249.172.129 台灣 10/08 18:06
ePaper: 又有日本人 又是京都派的31F 49.216.16.37 台灣 10/08 18:08
pf775: 被臺積電屌打32F 223.136.91.79 台灣 10/08 18:10
madaofreak: 不明覺厲33F 220.136.202.160 台灣 10/08 18:11
Retangle: 京大化學不是本來就比較強嗎34F 124.217.140.74 香港 10/08 18:12
syldsk: 媚日獎,辱華!抵制!35F 39.10.10.109 台灣 10/08 18:15
woulin: 京大諾獎數 比東大還多36F 114.137.165.15 台灣 10/08 18:16
jlw: 京都大學可是名校呢37F 36.231.119.151 台灣 10/08 18:19
lpbrother: 京都大學贏了38F 180.176.67.106 台灣 10/08 18:19
Oggy: 日本  +239F 163.17.57.246 台灣 10/08 18:22
justice0616: 日本狗滾去吃屎40F 61.223.93.176 台灣 10/08 18:22
toast520520: 又是京都大學41F 133.105.5.167 日本 10/08 18:26
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cocojohn111: 舒服了 日本諾貝爾總數進世界前五了42F 39.10.39.27 台灣 10/08 18:51
r85270607: 看不懂 但好像很厲害的樣子43F 61.231.234.253 台灣 10/08 18:55
scott123321: MOF發展到現在才獲獎也是蠻意外的44F 27.53.186.232 台灣 10/08 18:56
veryGY: 聽起來就很厲害..日本人實在太強了45F 36.229.78.174 台灣 10/08 18:58
sibdkjiv1576: 日本人真的猛46F 42.79.189.152 台灣 10/08 19:16
vvrr: 還以為是外骨骼之類的…47F 60.250.31.103 台灣 10/08 19:16
george60309: 賽博龐克!48F 223.137.20.69 台灣 10/08 19:19
sppmg: 今天推文也太少,差點找不到化學獎(謝po)49F 101.10.2.209 台灣 10/08 19:25
xxio: 每天嘴美國已經被自己按在地上摩擦,日本根50F 1.163.142.128 台灣 10/08 19:27
xxio: 本是個屁的那個國呢?
rushfudge: 齁齁怎麼不是光電板水無毒 得世界諾貝52F 223.138.186.42 台灣 10/08 19:30
rushfudge: 爾獎誒
firose: 好強54F 114.25.150.244 台灣 10/08 19:37
chaunen: 京都豪猛55F 124.218.70.136 台灣 10/08 19:53
littenVenus: 謝謝分享 好神奇56F 223.136.118.223 台灣 10/08 20:16
marke18: 真有趣57F 118.168.138.231 台灣 10/08 20:18
darkfiredark: 好久喔MOF問世n年了58F 122.116.174.225 台灣 10/08 20:31
lover19: 看PTT會以為日本因為程設較弱整國都廢物59F 49.158.77.118 台灣 10/08 20:39
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