2025諾貝爾化學獎，研究內容簡介

2025年度諾貝爾生理學或醫學獎在10月8日頒發，由北川進(Susumu Kitagawa)、理查德·羅布森(Richard Robson)和奧馬爾·M·亞吉(Omar M. Yaghi)奪得，表彰其「在開發金屬有機框架方面」作出的貢獻。

分子世界的「建築工程師」

三位得獎者的共同成就，是建立了一種全新的分子結構體系——金屬有機架構（Metal-Organic Framework，簡稱 MOF），讓化學家第一次能像「設計師」一樣，自由組合金屬與有機分子，編織出具有特定功能的「分子濾網」。

這種結構的出現，不只是理論上的突破，更帶來了無數實際應用——從吸收二氧化碳、淨化空氣，到在沙漠中「抽取水分」，甚至可以捕捉有害的「永恆化學物」（PFAS）。可以說，這是一項能直接影響地球未來的化學發明。

什麼是金屬有機架構？

要理解 MOF，可以想像它是一座由分子組成的「三維建築」。
在這座建築裡，金屬離子像是「樑柱」，負責提供支撐；而有機分子就像「橋樑與牆壁」，把這些金屬點連接起來，形成一個擁有無數微細孔洞的網狀結構。

這些孔洞小到只有分子才能通過，但卻能讓空氣或液體流進流出。更厲害的是，科學家可以根據需要，調整孔洞的大小和化學特性——例如只讓某種氣體被吸收、或只讓某種分子被「卡」在裡面。

簡單來說，MOF 就像是一張「聰明濾網」，不單只靠大小去篩東西，還能根據分子的化學性質來選擇要不要讓它通過。

靈感：從鑽石結構開始

這項發現的起點可以追溯到 1989 年。澳洲的 Richard Robson 首次提出：
「如果我們模仿鑽石那種堅固的結構，用金屬和有機分子交織出一個三維網狀的結晶體，會不會得到一種全新的物質？」

雖然最初結果並不穩定，也談不上「實用」，但這個大膽的想法啟發了後來的研究者。
京都大學的北川俊與加州的 Omar Yaghi 幾乎在同時期，分別想出新的辦法，讓這種結構不但能穩定存在，還能根據設計調整孔洞大小與彈性。

北川俊特別著重「架構的穩定與彈性」——他把分子結構設計成像「行車天橋」一樣的層層通道，讓外界氣體能流過其中，同時保持整體結構堅固又有韌性。這樣一來，材料在高溫或高壓下仍不容易被破壞。

而 Yaghi 則發展出一套「標準化編織方法」，能精確控制孔洞大小與表面積。這個方法後來成為 MOF 化學的基礎，也讓這門新學問正式誕生。

分子級濾網：想吸誰就吸誰

傳統的濾網靠物理結構隔東西，例如水濾芯或咖啡濾紙，主要看孔有多大。但 MOF 不只是「篩尺寸」，它還能根據化學性質選擇。

舉個例子：
當一股廢氣通過 MOF 的網狀結構，裡面可能有二氧化碳、氮氣、硫氧化物等成分。
只要事先設計好 MOF 的孔洞化學性質，它就能「專吸」二氧化碳而放過其他氣體。這比單純的過濾更聰明、更精準。

更驚人的是，這種濾網還能「量身訂造」：

想要吸走空氣中的二氧化碳？換一種金屬組合。

想在沙漠吸水？改用能吸濕的有機配體。

想去除永恆化學物 PFAS？就調整孔洞表面的極性，讓它專門抓住那類化合物。

這種靈活性，讓 MOF 幾乎可以針對任何目標分子設計出專屬的「陷阱」。

化學的「無用之用」

北川俊曾分享，他的研究靈感源於日本物理學家湯川秀樹的一句話——「無用之用」。
意思是，科學探索不該只追求眼前的實用價值，因為許多看似「沒用」的發現，最終可能改變世界。

MOF 的誕生正是這種精神的體現。
當初科學家只是單純想看看「能不能把金屬與有機分子交織起來」，並沒預料到它能變成捕捉二氧化碳、淨化空氣或製造新能源的核心材料。
如今，全球實驗室正利用他們的基礎架構，開發各式各樣的應用，讓 MOF 成為21世紀最具潛力的化學技術之一。

改變世界的化學網絡

MOF 的優勢，不只是結構多變，更在於它的表面積驚人。
一克 MOF 的內部總表面積，可以相當於幾個足球場——這意味著它能與大量分子接觸，吸附能力極強。

未來的應用包括：

環保技術：捕捉工廠或汽車廢氣中的二氧化碳。

淨水裝置：吸附 PFAS 等難分解污染物。

能源儲存：製造更高效的氫氣儲存材料。

極端環境取水：從乾燥空氣中吸收並釋放水分。

這些技術如果能大規模應用，將對氣候變化與資源短缺問題帶來革命性的影響。

結語：化學的未來，在細微之間

2025年的諾貝爾化學獎，不只表揚三位學者的創新，更提醒我們：
真正的科學突破，往往藏在看似「微不足道」的細節裡。

從原子層的設計，到分子網的建構，這些科學家讓我們看見——化學不只是實驗室裡的試管與反應，更是建構未來世界的基石。

金屬有機架構（MOF）不僅是一種材料，它是一種新思維：當我們學會在分子層面「建築世界」，我們就能重新定義人類與自然的關係。