MOFs的榮耀時(shí)代—從實(shí)驗(yàn)室奇跡到諾貝爾獎(jiǎng)殿堂

2025年10月8日，瑞典皇家科學(xué)院將諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)授予日本化學(xué)家北川進(jìn)（Susumu Kitagawa）、澳大利亞化學(xué)家理查德·羅布森（Richard Robson）和美國(guó)化學(xué)家奧馬爾·亞吉（Omar M. Yaghi），以表彰他們?cè)诮饘儆袡C(jī)框架（MOFs）材料研究領(lǐng)域的杰出貢獻(xiàn)。

諾貝爾化學(xué)委員會(huì)主席Heiner Linke評(píng)價(jià)：“金屬有機(jī)框架具有巨大的潛力，為具有新功能的定制材料帶來(lái)了以前無(wú)法預(yù)見的機(jī)會(huì)?！?MOFs 材料由金屬離子與有機(jī)連接體構(gòu)筑而成，憑借近乎無(wú)限的結(jié)構(gòu)可設(shè)計(jì)性、超高的孔隙率和功能多樣性，為清潔能源（氫氣/甲烷儲(chǔ)存）、碳捕獲、化學(xué)傳感、催化轉(zhuǎn)化乃至藥物遞送等領(lǐng)域帶來(lái)了革命性的希望。

然而，隨著MOFs研究從宏觀合成邁向微觀應(yīng)用，一個(gè)核心挑戰(zhàn)日益凸顯：如何精準(zhǔn) “觀測(cè)” MOFs 微小晶體內(nèi)部及微區(qū)的化學(xué)組成、結(jié)構(gòu)變化與官能團(tuán)分布？

困境：當(dāng)超級(jí)材料MOFs遇上“局限”的表征技術(shù)

MOFs材料的核心優(yōu)勢(shì)在于其精確的周期性結(jié)構(gòu)，而實(shí)際應(yīng)用中的催化活性、氣體吸附效率、穩(wěn)定性等關(guān)鍵性能，往往由材料局部微觀結(jié)構(gòu)（如活性位點(diǎn)分布、晶界狀態(tài)、缺陷區(qū)域）決定。例如：

破局：mIRage為MOFs研究提供

量身定制的“亞微米化學(xué)顯微鏡”

案例解析：耶魯大學(xué)借助 mIRage解鎖MOF剝離之謎

耶魯大學(xué)Amymarie K. Bartholomew團(tuán)隊(duì)在 Chemical Science (Chem. Sci., 2024, 15, 15198) 發(fā)表的突破性研究中，提出通過(guò)熱可裂解的“二蒽”配體，將3D MOF“自上而下”地轉(zhuǎn)化為可機(jī)械剝離的2D MOF。并利用 mIRage 系統(tǒng)（OPTIR技術(shù)），驗(yàn)證了該策略的可行性，其核心數(shù)據(jù)（圖 S11、圖 S12）直接證實(shí)了 mIRage 在 MOFs 維度轉(zhuǎn)化研究中的關(guān)鍵作用。

下圖對(duì)比了原始 3D MOF（樣品 1）、熱處理后形成的 2D MOF（樣品 2）及機(jī)械剝離的 2D MOF 薄片三者的 OPTIR 光譜。結(jié)果顯示：三條光譜在C=N亞胺鍵、羧酸鹽振動(dòng)、芳環(huán)C=C伸縮等關(guān)鍵官能團(tuán)區(qū)域高度重合。

這一結(jié)果直接證明，3D MOF 向 2D MOF 的轉(zhuǎn)化過(guò)程中，熱處理僅選擇性切斷了層間的 “二蒽配體共價(jià)鍵”，而 MOF 二維層內(nèi)的核心結(jié)構(gòu)（Zn?BDC?片層）未發(fā)生破壞，化學(xué)完整性得到完全保留 —— 這是后續(xù)機(jī)械剝離及材料性能穩(wěn)定的前提。

下圖采集了同一片機(jī)械剝離的 2D MOF 薄片上不同位置（以紫色圓點(diǎn)標(biāo)記）的 OPTIR 光譜，所有位置采集到的光譜幾乎完全重疊。

這一現(xiàn)象表明2D MOF薄片在微米尺度上具有超卓的化學(xué)均勻性，未出現(xiàn)局部成分偏析或降解。這種均勻性是實(shí)現(xiàn)可靠的電學(xué)、傳感性能的基礎(chǔ)，也解釋了為何該材料能夠被順利、均勻地剝離。

綜上所述，mIRage 系統(tǒng)在該研究中扮演了“終極質(zhì)檢員”的角色，結(jié)合其他分析手段最終證實(shí)：

展望：mIRage——賦能MOFs未來(lái)的“戰(zhàn)略伙伴”

隨著MOFs材料榮膺諾貝爾獎(jiǎng)，全球必將迎來(lái)新一輪的研究與投資熱潮。研究的焦點(diǎn)將從“合成新型MOF”進(jìn)一步深入到“理解構(gòu)效關(guān)系”和“實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)調(diào)控”。無(wú)論是研究MOF在催化中的活性中心，探測(cè)其在氣體吸附中的主客體相互作用，還是表征異質(zhì)結(jié)MOF復(fù)合材料，mIRage系統(tǒng)都將成為前沿研究的戰(zhàn)略性工具。

它就像一位擁有亞微米級(jí)視力的“化學(xué)偵探”，能在MOFs材料的微觀世界里，為我們揭示此前無(wú)法窺見的秘密，加速?gòu)幕A(chǔ)科學(xué)到產(chǎn)業(yè)應(yīng)用的轉(zhuǎn)化進(jìn)程。

其他應(yīng)用領(lǐng)域（部分）