【諾 貝 爾 獎】創造分子世界「房間」 三科學家奪化學獎
研發金屬有機骨架材料 成就沙漠取水捕獲二氧化碳
香港文匯報訊 想像一下分子世界與人類世界一樣，擁有結構穩定、進出自由的房間，它們便是由科學家精心設計的分子建築：金屬有機骨架（Metal Organic Frameworks，MOF）。瑞典皇家科學院周三（10月8日）宣布，今屆諾貝爾化學獎授予澳洲科學家羅布森、日本科學家北川進，以及美籍約旦裔科學家亞吉，表彰他們在MOF材料研發方面的開創性貢獻。如今從沙漠取水到捕獲二氧化碳，MOF已經為化學領域帶來連串奇跡。
科學發現常始於「跳出框架」的思考。1974年，羅布森在墨爾本大學為化學課製作分子模型時突發奇想：如果能像拼積木一樣，讓原子或分子依照其化學特性自行連接，或許能構建出一種全新的分子建築。在這些建築內，原子和分子或能自由互換進出，令材料發揮催化劑功效。
MOF-5加熱至300度不變形
1989年，羅布森親身驗證自己的猜想。他將帶正電的銅離子，與一種四臂分子相結合，每個分子的末端都含有能與銅離子結合的化學基團。出乎意料的是，二者結合呈現出一種結構有序、空間寬敞的晶體，如同一粒充滿空腔的鑽石。羅布森受此啟發，又合成多種含空腔的分子網絡，他首次提出這些分子網絡極具潛力，可能賦予材料前所未有的性質。
早期的分子網絡結構並不穩定，容易坍塌分解。來到1992年，日本近畿大學學者北川進在羅布森研究的基礎上，構建一種用金屬離子為支點的二維分子材料。1997年，北川率領研究團隊更進一步，搭建出穩定的三維MOF結構。他的研究發現，MOF可以用多種金屬和有機分子構建，功能也可以依需求定製，不論吸附還是釋放甲烷、氧氣還是氮氣等氣體，都不會輕易變形。
1999年，亞基與研究團隊首次展示了經典的MOF材料「MOF-5」。這是一種如同分子世界「高樓大廈」一般空間巨大的框架結構，單是幾克的MOF-5內部結構展開後，面積就相當於一個標準足球場。MOF-5也展現出驚人的穩定性，被加熱到攝氏300度的高溫都不會變形，意味它能在更多極端環境下，較傳統材料吸附更多氣體。
分解土壤中微量藥物殘留
其後多年間，亞吉與團隊推出多種MOF變體材料，它們的用途五花八門，可以儲存甲烷、捕獲二氧化碳，還在沙漠中隔空取水：特製材料能在夜晚吸附空氣中的水汽，白天經太陽加熱後，再釋放出液態水，讓旱地取水不再是不可能之舉。
得益於3名學者的研究，如今化學家們已經合成了數以萬計不同的MOF結構。這些神奇的材料在環境與能源領域應用前景廣泛，不論是分解土壤中的微量藥物殘留、從空氣中捕獲二氧化碳減緩溫室效應，還是在水中分離對人體有害的永久性化學品（PFAS），都離不開MOF的應用。
諾貝爾化學委員會主席林克形容，3名學者的研究為化學創造了新的房間：「MOF的潛力巨大，為定製化的新型功能材料帶來前所未有的可能。」3名學者將平分1,100萬瑞典克朗（約912萬港元）獎金。
