当全世界还在为氢能源存储发愁时,MOFs直接给出了一个能存储10%氢气重量的解决方案!
没错就是那个比传统材料多3倍储氢能力的MOFs!
但凡你对材料科学有点了解,都会好奇他们是怎么做到的?听起来就像是给氢气装了个超级磁铁,但这事没那么简单。
这事爆出来是2025年10月8日,瑞典皇家科学院正式宣布将2025年诺贝尔化学奖授予北川进(SusumuKitagawa)、理查德·罗布森RichardRobson)以及奥马尔·M·亚吉OmarM.Yaghi)三位科学家。
他们因在金属有机骨架(MOFs)这一领域的突破性贡献而获得了奖项。
奖金1100万瑞典克朗(约合836万元人民币),三人平分。
听起来就像是科幻电影里的场景,不过这却是真实发生的。
在全球能源转型的这一关键时刻,他们凭借着实验室里的那些晶体材料,将整个能源行业给撬动了起来。
说白了,金属有机骨架化合物(MOFs),它就是一种由金属离子与有机配体所组成的新型多孔材料。
它们拥有着超高的比表面积,与此同时还有着可调节的孔径,这使得它们在气体存储、催化作用以及药物传递等诸多领域,都能够展现出极为出色的效果。
问题来了:为什么MOFs能比传统材料多存储3倍的氢气?
关键在于,它们独特的结构设计——通过精确地控制金属节点与有机配体的组合,MOFs能够形成具有特定大小且形状的孔道,这些孔道就如同一个个微型仓库一般,专门用以存储氢气分子。
国际同行的MOFs研究曾一度陷入瓶颈。直至这三位科学家,开发出了新的合成方法,这种方法能够设计出,更稳定且孔径更为精确的MOFs结构。
难道这不是一个颠覆性的突破?
会不会是诺奖委员会终于意识到,材料科学的突破性进展需要跨学科合作?
到底是什么让诺奖委员会在2025年决定授予他们这个奖项?
那问题就来了,为什么这个领域之前没被诺奖关注?1990年代,MOFs还只是实验室里的小众研究,直到2000年代初,亚吉教授才首次提出"金属有机骨架"这个概念。
历史案例表明,诺奖常常倾向于那些经过时间考验的突破。2003年,亚吉团队发表了首篇关于MOFs的具有开创性的论文,不过直至2020年,MOFs在储氢领域的应用才切实地取得了突破性的进展。
聪明归聪明,但是MOFs的商业化应用还面临很多挑战,比如成本高、稳定性不足等问题。2010年美国能源部资助的MOFs储氢项目,因成本过高而被迫终止,这不正是一个血淋淋的教训吗?
但你要说,这三位科学家的贡献仅限于MOFs,也不见得。
他们实际上开创了一个全新的材料设计范式,将无机化学与有机化学,完美地结合在一起,使材料设计从“试错”逐步走向“理性设计”。
北川进在MOFs的结构多样性方面,做出了重要的贡献;罗布森专注于MOFs的合成方法学;而亚吉作为MOFs领域的先驱,他所提出的“有机配体-金属节点”设计理念,彻底地改变了材料科学的面貌。
他们三人互补的贡献,让MOFs从实验室走向了实际应用。
难道这不是一个完美的科学合作案例?
会不会是诺奖委员会终于意识到,材料科学的突破性进展需要跨学科合作?
到底是什么让诺奖委员会在2025年决定授予他们这个奖项?
用数据来表述:MOFs在实验室的特定条件之下,能够存储10%的氢气重量,不过若要实现商业化应用,就需要将其提升至15%,这样才能够满足汽车工业所提出的需求。
对比成功案例,丰田的氢燃料电池汽车,已经能够实现500公里续航,但是储氢系统,仍依赖于高压容器。
失败教训是,在2010年,美国能源部资助的MOFs储氢项目,由于成本过高这一原因,从而被被迫终止了。
关键差距在于,MOFs的生产成本,相对而言,比传统材料要高出3倍之多,与此同时其稳定性也仍需进一步加以提升,以达到更好的状态。
未来,在氢能源、碳捕获等领域,MOFs会发挥更为突出的作用
金句:这不是材料科学的比赛,而是能源革命的游戏。
谁能把MOFs从实验室带到工厂,谁才是真正的能源革命先锋。
现实很骨感,但能源转型的道路上,MOFs注定是重要的一环。
当全球都在为碳中和焦虑时,这三位科学家用晶体结构给出了一个清晰的解决方案——氢气不再是难题,而是触手可及的未来。
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