难民家庭在马厩里生下诺贝尔奖获得者

2025年诺贝尔化学奖的获得者是“最化学家奖”。 10月8日，2025年诺贝尔化学奖授予来自日本、澳大利亚和美国的三位科学家，以表彰他们对金属有机骨架（MOF）材料发展的贡献。这并不是化学研究领域中的一个独特领域。事实上，自20世纪80年代以来，在世界各地科学家的努力下，MOF已经取得了进步。三位诺贝尔奖获得者理查德·罗布森 (Richard Robson)、北川进 (Susumu Kitakawa) 和奥马尔·M·八木 (Omar M. Yagi) 分别于 1989 年、1992 年和 1995 年在 MOF 领域取得了进展。三位诺贝尔奖获得者理查德·罗布森 (Richard Robson)、北川进 (Susumu Kitakawa) 和奥马尔·M·八木 (Omar M. Yagi) 分别于 1989 年、1992 年和 1995 年在 MOF 领域取得了进展。谈到个人经历，奥马尔·M·八木的故事尤其曲折。尽管他是世界上最重要的化学家之一，并在学术界被誉为“MOF之父”，但他的训练却很差。奥马尔·雅奇出生于1965年出生于约旦安曼，在一个巴勒斯坦难民家庭长大。父母一共抚养了9个孩子，其中11个孩子住在沙漠里的一个房间里，没有电也没有自来水。当时，家里唯一的水源是自来水，政府每两周提供一次。奥马尔记得，那时候，自来水每两周来一次，一家人就会把家里所有的容器都搬来接水。回想起来，这个愿景让他感叹干旱地区的水是多么宝贵，但也促成了MOF主要应用场景的出现：在沙漠中收集饮用水。诺贝尔奖获得者 Omar Yagi/来源：加州大学洛杉矶分校的化学家目前正在设计数以万计的 MOF，这些 MOF 应用于许多前沿领域，例如碳捕获、空气净化和能源存储。在半导体制造中，MOF 还用于捕获或销毁制造过程中产生的有毒气体。如中所述诺贝尔奖获奖感言中写道：“金属有机框架具有巨大的潜力，为新型个性化功能材料提供了前所未有的可能性。”积木之谜 说到化学家的工作，喜欢看电视剧的人可能会想到美剧《绝命毒师》。影片中的沃尔特·怀特（O）通常穿着实验室外套，他在装有各种液体和粉末的烧瓶和小瓶之间忙碌，将各种物品放入烧杯和试管中，等待化学反应，最终生产和精炼一些新物质。比如老白就爱炼药。毫无疑问，这已经是很长一段时间以来的现实了。在 1990 年之前，化学家可以精确地合成“零维”结构或单个分子。熟练的实验者可以组装极其复杂的化合物。然而，如何可控地合成甚至是二维结构并将其扩展到三维则是一个空白化学界的CE。诺贝尔奖获得者罗尔德·霍夫曼曾感叹：“在二维或三维世界中，这仍然是一片人造荒地。”受钻石结构的启发，墨尔本大学化学家理查德·罗布森（Richard Robson）带头研究。 20世纪80年代，他提出了一个大胆的想法：“有机分子能否作为‘支架’与金属离子配位，创建规则的、可预测的三维网络？”更简单的理解是，化学品就像“积木”，当原子和分子可以根据其化学性质组合在一起时，它们就形成了由分子积木组成的帕拉西奥斯。这种“分子宫殿”可以被设计成具有规则孔隙结构的合成材料。理查德·罗布森的灵感来自钻石的结构，其中每个碳原子与其他四个碳原子结合形成金字塔。他使用铜离子和两端各有一个腈基的四臂分子代替碳。这是一种被铜离子吸引的化合物。当这些物质结合在一起时，它们会形成有序且非常宽敞的晶体。 ©Johan Jarnestad/瑞典皇家科学院 Robson 提到了金刚石的微观结构，它将带正电的铜离子与四臂有机分子结合在一起。然而，这一举动让当时的大多数化学家感到困惑。他们认为铜离子和四臂分子的结合只是形成了一种混沌混合物。然而，结果证实了罗布森的预测。金属离子和有机分子之间的固有重力驱动组装过程。它们组织成类似于钻石的规则晶体结构。不过与钻石不同的是，这种晶体的内部并不致密，而是包含着一个宽敞的空腔，中间有一个巨大的规则空间，就像一座搭有脚手架的建筑。 1989年，Robson在《美国化学会杂志》上发表了他的研究成果，首次提出了这种分子网络的可能性，并预测它们将赋予化学材料前所未有的特性。然而，罗布森的发现当时并没有得到认可。它的第一个结构不是很稳定，很容易解体。许多化学家认为它毫无用处。有一些由志同道合的人组成的专门团体。这些人的共同点是对主流思想的形成持批判性和质疑性的观点。诺贝尔奖获得者理查德·罗布森/墨尔本大学供图 出生于难民家庭的奥马尔在1992年抵达美国亚利桑那州立大学开始他的第一项研究时，也计划另辟蹊径，利用“积木”原理制造大型晶体。原因很简单。奥马尔回忆说，在以前的化学实验中，制备延伸结构的过程被称为“摇动和烘烤”方法。化学家将他们的起始材料加热到非常高的温度（通常超过 500摄氏度）并继续希望幸运的突破会给他们带来好结果。奥马尔希望找到一种更可控的材料创造方式。 “（以前）一旦创建了东西，就无法对其进行重大修改。这种精度的缺乏让陈感到沮丧。他想创建一个具有特定形状和可扩展性的结构。作为一名建筑师，他想用合理的设计来像积木一样连接不同的‘模块’。”仅仅三年后，他雄心勃勃的想法就得到了批准。 1995年，奥马尔发表了两种不同的二维材料的结构。它们通过铜或钴连接成网络。重要的是，这项研究发现了连接过渡金属离子和带电羧酸连接体的反应条件，形成与连接器的牢固金属连接。这一进步归因于晶体结构的扩展。这开启了固态结构制造的新时代。奥马尔·亚基实验室y/来源：清华大学仍然使用建筑类比。在“分子建筑”中，金属离子相当于建筑物的“梁柱”（节点），有机分子相当于“连接框架”，也是建筑物的钢筋。通过精心设计的节点和钢筋，它们聚集在一起形成“分子建筑”或 MOF。奥马尔在1995年发表的一篇著名论文中首次提出了“金属有机框架”（MOF）的概念。这使他成为著名的“MOF之父”。在他这一代科学家中，对 MOF 的探索达到了顶峰。 1997年，日本的Susumu Kitakawa团队通过将钴、镍或锌离子与称为4,4′-联吡啶的分子结合，创建了三维有机金属结构。玻璃层具有古建筑的“舌槽”风格。更重要的是，北川进的实验证明，这个“分子宫殿”可以容纳水和气体分子。最后，这个结构在室温下吸附并可逆地释放甲烷、氮气等小分子气体。这使得 MOF 能够像海绵一样发挥作用，吸附和储存气体，过滤释放污染物，甚至催化化学反应。 1997年，日本的Susumu Kitakawa团队通过将钴、镍或锌离子与称为4,4′-联吡啶的分子结合，创建了三维有机金属结构。玻璃层具有古建筑的“舌槽”风格。 ©Johan Jarnestad/瑞典皇家科学院 目前，化学界仍然心存疑虑。更典型的怀疑是，能够发挥MOF功能的化学物质很早就存在了，比如活性炭和沸石，它们可以吸附有毒有害物质。财政部仍面临“无用发明”、“盈利能力低”等问题。但北川进先生有着非常坚强的决心，并多次向大家解释了这个决心。哦，外人。他指出 MOF 包含灵活的分子结构。块可以创造出比活性炭更具想象力和更值得研究的柔性材料。科学家们最终转向“继电器”来解释 MOF 的宇宙力量。 1999年，奥马尔向世界展示了他的“架构”MOF-5。 MOF-5具有许多孔隙，分子结构疏松稳定。即使加热至300℃，即使空置也不会塌陷。更令人惊讶的是，一茶匙MOF-5（约2克）内的扩大面积相当于约7000平方米的足球场。更大的面积意味着它可以比沸石吸收更多的气体。这就是3D结构的魅力。 1999年，奥马尔向世界展示了他的“架构”MOF-5。 ©Johan Jarnestad/瑞典皇家科学院 回顾 1990 年代的困难，奥马尔在 Share 2025 中表示，他总结了 5% 规则：“即使 95% 的人怀疑你，但总体上 5% 的人仍然坚持只赞同你正在做的事情。“正在尝试做的事情”。他回忆说，上个世纪，当团队在这个开创性领域取得第一个发现时，问题就出现了。 “批评似乎来自四面八方，质疑我们所做的一切是否可行。”在外界的反对声中，奥马尔发现：“你应该关注的正是这5%的人。你认真对待批评，但最终你相信自己的直觉，做你知道自己应该做的事情。”奥马尔关于一位拥抱人工智能的著名化学家的鼓舞人心的故事始于一次疯狂的旅程。他来自一个难民家庭。他的父亲只有六年级文化程度，母亲文化程度很低。九个孩子挤在沙漠中的一所房子里。在同一所房子里还有一个马厩。然而，尽管条件艰苦，男孩却不能忽视困难，追求自己的化学梦想。奥马尔曾公开回忆起我 10 岁时进入中午开放的图书馆时，打开一本书。无意中，他被分子章节所吸引，并决定学习化学。 15岁时，由于成绩优秀，他在父亲的帮助下独自搬到纽约，就读于当地一所公立学校。那时，他的英语很差，口音也很奇怪。我克服了。这个怀揣着家庭梦想和期望的年轻人，大概没有想到，后来所学的学业不仅会改变自己的命运，也会改变家乡人民的困境。奥马尔·八木到达美国后，他的英语水平迅速提高，他对化学世界的钻研也越来越深入。 1990年，35岁的奥马尔成为哈佛大学的博士后研究员，师从美国国家科学院院士理查德·霍尔姆。两年后，他成为亚利桑那州立大学的助理教授。这位年轻学者有着敏锐的直觉。三年后他提出了MOF的概念。公元21世纪1999年，他创立并推动了网络化学这个新兴领域。从 2000 年到 2010 年，他是世界上被引用次数第二多的化学家。然后他开始疯狂地创造“建筑”。 2000 年代初期，它创造了 MOF-5 的 16 种变体。许多材料的“构建”为MOF的后续应用奠定了基础，特别是缓解气候和环境问题。 2000 年代初，奥马尔创造了 MOF-5 的 16 种变体。 ©Johan Jarnestad/瑞典皇家科学院 例如，Omar 发现锌基 MOF 材料可以吸收和储存氢。当时，美国总统布什对“氢经济”下了一大赌注，并提出：氢有一天将取代化石燃料。奥马尔的发现促使许多人继续研究，并希望未来可以将氢储存在 MOF 超级海绵中，并在必要时释放。随后他的研究重点是MOF材料在水吸附领域的应用。 201年4、Omar研究团队成功合成了单晶样品MOF-801。很快，研究人员发明了一种微波炉大小的实验装置，里面装满了 MOF-801，可以过夜吸收空气中的水蒸气。白天，利用环境中的太阳能加热MOF-801并释放高纯度液态水。最终，该装置被证明有效解决了沙漠地区缺水的问题。知道了。即使在湿度20%左右的沙漠环境中，一公斤MOF在12小时内也能从空气中收集约2.8升水。目前该型设备完全依靠太阳能运行，可以有效解决干旱地区的缺水问题。 Omar Yaghi MOF 的其他应用正在各个领域“蓬勃发展”。例如，电子行业已使用MOF材料来储存半导体制造中使用的有毒气体并分解有毒气体，包括化学武器成分nts。多家公司正在测试 MOF 材料，以捕获工厂和发电厂废气中的二氧化碳，以减少温室气体排放。值得一提的是，尽管MOF材料的应用范围广泛，但尚未在工业层面得到广泛应用。这是因为合成MOF的总成本较高，业界一直没有找到低成本的合成路线来实现价格与技术的完美平衡。让我们回到研究基础科学的学者。有趣的是，这位童年出身、中年成为明星的约旦裔美国学者近年来拥抱人工智能浪潮。 “现实很清楚，”奥马尔在接受采访时说。 “为了在未来取得成功，化学研究人员必须充分利用人工智能工具，发挥其潜力，并推动这一变革领域的发展。”此外，“那些抵制这一变革的人将面临比以往更大的风险。这不仅是一个阻碍奥马尔强调，近年来，他和同事们成立了一个新的研究所，专注于利用人工智能和网络化学来解决气候变化问题。人工智能+化学的应用完全符合你对化学的思考方式。它可以被精确地设计、预测和掌握。具有超算能力的大型人工智能模型可以帮助预测和绘制潜在的空间。 由不同分子几何形状产生的巨大结构，大大加快了候选材料的选择过程并节省了重要资源。实验室中的 Omar Yagi 先生/来源：加州大学 他曾在一次采访中举过一个例子，他的团队专注于异羟肟酸 MOF。然而，研究团队近五年才成功合成异羟肟酸MOF，作为结构材料的结晶过程 是极其困难的。短短两年内，大规模人工智能模型的出现，使得机器能够系统地挖掘文献中的文本和图像数据，明确研究方向，并找到具体结果。组合构件生成 MOF 的可行条件。奥伯透露，在人工智能工具的帮助下，他的一名研究生在短短六个月内成功修复了 15 个新化合物。人工智能正在彻底改变科学世界，2024 年诺贝尔化学奖授予使用人工智能预测蛋白质结构的 DeepMind 工程师就证明了这一点。 2025年诺贝尔奖获得者奥伯也坚信，人们应该对科技浪潮保持敬畏之心。要求实验室的学生： 每个成员都掌握如何使用人工智能加速化学研究过程的技能。 “化学长期以来被认为是‘核心科学’，但这已经不够了。中心不等于前沿。化学必须被重新定义为前沿科学，超越边界，选择新技术，引领创新。”奥伯回忆道。这位60多岁的“寒门小伙子”依然在新技术上赌啊赌，相信基础研究和应用技术的发展新阶段。文章部分照片由作者网络提供。编辑朱启宇|值班主编向贤|吴青排版|飞飞
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