MOF材料领域
获2025诺贝尔化学奖
2025年10月8日，诺贝尔化学奖揭晓，三位科学家——北川进（Susumu Kitagawa）、理查德·罗布森（Richard Robson）和奥马尔·M.亚吉（Omar M. Yaghi）——因“在分子尺度上构建功能有序多孔结构的奠基性工作”共同获奖。
MOF材料曾被质疑实用性，但凭借其在能源存储、气体分离和生物医药等领域的潜力获得世界科学最高等级的认可。这是以弱分子间作用力为主导的分子结构领域第三次获诺贝尔奖，凸显了超分子材料科学的重要性。这一奖项不仅是对MOF材料数十年科研沉淀的终极认可，更带动了整个超分子材料体系在科学界地位的进步。
什么是MOF？
关于“分子乐高”的精密建造
MOF，全称金属有机框架材料（Metal-Organic Frameworks），是由金属离子（如锌、铁）与有机配体通过自组装形成的新型多孔材料，可理解为“分子乐高”——分子与分子之间可以像拼积木一样进行自由拼装。
图：Richard的灵感来自钻石的结构，其中每个碳原子都与另外四个碳原子相连，形成金字塔状。他没有使用碳，而是使用了铜离子和一个带有四条臂的分子，每条臂的末端都有一个腈基。这是一种能被铜离子吸引的化合物。当这些物质结合时，它们形成了一个有序且非常宽敞的晶体。
MOF的核心原理源于超分子化学中的“分子识别”与“自组装”机制：
结构可编程：通过选择不同的金属节点和有机连接臂，可以精准调控孔道大小、形状与表面化学性质；
超高比表面积：MOF材料内部拥有庞大的空间可供利用，仅一块方糖大小的MOF材料内部孔隙展开可达足球场大小；
动态响应性：许多MOF具备刺激响应能力，能根据温度、压力、光照或特定分子的存在而改变结构，实现智能吸附与释放。
MOF属于一种搭积木式的材料合成策略。通过改变“积木”类型和“粘结剂”的种类，MOF还存在着众多“孪生兄弟”：COF、HOF等等。它们共同构成了一个充满无限可能的微观多孔世界：
超分子化学的三重诺奖光环
“框架化学”的自主设计时代已来
MOF的获奖印证了——我们正从被动观察分子行为，转向主动架构功能化框架，开启材料科学的新纪元。超分子化学不再止步于分子间的弱相互作用，而是进阶到了“框架化学”的自主设计时代。
此前，Jean-Marie Lehn因提出“超分子化学”概念于1987年首获殊荣，2016年分子机器的突破再添一冠。
如今，MOF材料的荣光再次将学界乃至全球目光聚焦于分子维度的精密构建，证明微观世界的设计能驱动宏观革命。
回望上世纪80年代，Lehn的工作曾遭质疑：“这些靠弱力维系的结构，真的稳定吗？有用吗？”而每一重诺奖荣誉的加冕，都用行动证明了超分子化学的创新颠覆。
三重诺奖光环，不只是奖励某一种材料，更是表彰一种思维方式的胜利——通过分子级别的精确设计，实现宏观性能的革命性突破，这是属于所有“分子建筑师”的荣耀。
MOF材料:
从实验室到应用
科研赋能生活，创新材料有大量潜在的应用待挖掘，像MOFs作为新型多孔材料，在各领域展现出巨大应用潜能。如今，研究人员已开发出多种功能化的 MOF 材料。虽然目前大多仍处于小规模应用阶段，但许多公司已开始投资其规模化生产与商业化，部分领域已取得实质性进展。
在化妆品领域，凭借可控的孔隙和多功能表面，MOF在活性物质递送、紫外防护、保湿控油、皮肤修复等诸多方面展现出独特优势和创新机制。
早前有研究团队合成多种锌基MOF（ZIF-8），并比较其光学防护性能，其防晒效率甚至媲美或优于相同剂量的TiO₂、ZnO。MOF成为新型防晒剂的解决方案，能够突破传统无机防晒局限，兼具高效性、广谱防护性与安全性，且通过调控MOF材料结构，如负载抗氧化剂，可开发出防晒护肤一体的复合滤剂，实现紫外线屏蔽与光致自由基中和的双重防护。
在食品和营养领域，MOF材料展现出延长食品保鲜期、提升营养素的稳定性和生物利用度各环节的创新应用潜力。
例如，MIT一团队研发食品级MOF材料“NuMOF”，以铁离子和富马酸构建笼状结构，稳定包裹铁元素，避免与食品成分反应，保持营养与口感。其耐高温高湿，入胃后迅速释铁，兼具碘负载能力，实现铁碘双强化，生物利用率高。无惰性包覆提升营养密度，正推进应用于咖啡、盐等食品，展现MOF在营养递送中的广阔前景。
MOF、COF、超分子聚合物、分子笼等等其他材料也逐渐投入于日化、生物医药、工业等产业实际应用，曾经被视为“实验室里的艺术品”的超分子结构，也正逐步成为解决全球能源、环境与健康问题的关键载体。
MOF材料产业化应用
还有一段路要走
诺贝尔奖不是MOF材料的终点，而是开始。一些研究人员确信MOF蕴藏着巨大的应用潜力，尽管MOF材料前景广阔，但仍面临应用瓶颈：
稳定性挑战：部分MOF在潮湿或高温环境中易降解，限制其在工业场景的长期应用；
规模化生产难题：高纯度晶体的批量合成成本高昂，且自组装过程对参数敏感，难以实现高效量产；
功能与成本的平衡：定制化MOF的设计虽精准，但研发周期长，商业化需突破性价比壁垒；
跨学科整合需求：从实验室到市场，需融合材料科学、化学工程与AI技术，优化性能预测与工艺控制。
未来研究需解决这些挑战，推动MOF从实验室向市场转化，其未来发展仍需时间验证。
展望
超分子材料持续焕发荣光
2025 年诺贝尔化学奖不单是聚光在MOF材料，也让我们看到了整个框架材料家族的光芒，从MOF，到COF、HOF等等超分子材料，每一种框架材料都在用自己的“化学语言”，书写着解决人类未来挑战的新篇章。
作为国内深耕于超分子材料领域的企业，我们共同期待超分子化学的每一次推动与突破！
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