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观点 科学

分子“乐高”能否拯救地球?

阿胡贾:今年诺贝尔化学奖三位获奖学者研究的金属有机框架可用于清除污染物,将有毒物质转化为无害物质,以及从沙漠空气中吸取水分。
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{"text":[[{"start":7.54,"text":"本文作者是科学评论员"}],[{"start":9.92,"text":"墨尔本大学(Melbourne University)英籍化学家理查德•罗布森(Richard Robson)在制作大型木制晶体模型,准备在本科生课堂上展示时,萌生了一个想法。例如,钻石晶体呈现重复的结构,每个碳原子与其他四个碳原子结合成四面体——这种结构很容易复制,用木球代表碳原子,用木棒代表化学键。"}],[{"start":31.67,"text":"罗布森在20世纪70年代曾思考,如果金属和有机(碳基)分子能够连接起来形成类似的三维结构,会怎么样?大约十年后,他的实验表明,金属离子(带电荷的金属原子)和有机分子确实可以形成一种可行的晶体结构:一种无限重复的结构,其中充满了大量空间,使这种材料成为一种多孔海绵。"}],[{"start":55.41,"text":"最近,罗布森与京都大学(Kyoto University)的北川进(Susumu Kitagawa)和加州大学伯克利分校(University of California, Berkeley)的奥马尔•亚吉(Omar Yaghi)共同获颁诺贝尔化学奖,以表彰他们发展了一种被评审委员会誉为“新型分子结构”的材料。他们开创的领域——金属有机框架(MOF),有时也被称为分子乐高(Lego)——意义非凡,因为它可能改变世界。"}],[{"start":76.09,"text":"金属有机框架被盛赞为——并经过测试——多功能、可扩展、可定制的大气和工业挑战解决方案:可以清除污染物,包括碳和所谓的“永久化学物质”;从沙漠空气中吸取水分;催化化学反应;储存和释放氢气;以及将有毒物质转化为无害物质。"}],[{"start":95.24000000000001,"text":"今年化学奖背后的人文故事也令人惊叹。罗布森曾认为自己不是数学家,所以只是个二流学者,他把自己的想法搁置了好几年才进行测试。亚吉出生于约旦,父母是巴勒斯坦难民,家人们和牲畜同住一室。15岁时,他离开家乡前往美国。而北川进最初研究的是高密度材料,后来突然意识到多孔材料的潜力。根据采访,三人都是受到纯粹的好奇心驱动,而非解决全球问题的宏伟愿景。"}],[{"start":127.82000000000001,"text":"现年88岁的罗布森当时虽然提出了用有机分子梁柱连接金属离子的想法,但他在实验室里设计出的第一种材料却不稳定。到21世纪初,亚吉和北川进分别找到了使这些充满空腔的晶体结构稳定且灵活的方法。三人共同开创了一个全新的材料世界,他们平分了1100万瑞典克朗(合115万美元)的奖金。"}],[{"start":153.38,"text":"化学家可以对组成材料的金属和有机分子进行混合搭配,使孔隙变大或变小,或者改变孔隙的形状来捕获特定物质;迄今为止,已有超过9万种各种各样的金属有机框架被合成。“只要你想,就能做到,”亚吉在最近的新闻发布会上说道。"}],[{"start":172.31,"text":"这些新材料一个令人惊叹的特性是其蕴藏的巨大表面积:一个重量仅为1克的金属有机框架,其内部表面积却能达到一个足球场的大小。金属有机框架常被比作《哈利•波特》(Harry Potter)系列小说中赫敏•格兰杰(Hermione Granger)的无限空间手提包:小小的外表下隐藏着仿佛无限的内部空间。莱斯大学(Rice University)化学家斯塔夫鲁拉•阿林娜•坎普里(Stavroula Alina Kampouri)将金属有机框架称为“神奇的海绵”,并形容它们“不仅仅是于显微镜下欣赏的优美晶体;它们是一个由各种结构组成的完整宇宙,每种结构都像一座由隧道和房间组成的微型城市,等待着被填满。”"}],[{"start":211.87,"text":"鉴于金属和有机分子可以组合的排列组合数量之多,各公司正借助人工智能来发现不同应用领域的有潜力的候选材料。Meta一直在构建一个可能从大气中捕获二氧化碳的金属有机框架的数据库——但该项目在7月因过于乐观而受到批评。该领域也是初创企业的沃土:2月份,《自然•材料》(Nature Materials)期刊统计了约50家开发金属有机框架的公司;IBM也对此表示了兴趣。一家名为AirJoule的公司最近开始与一家数据中心开发商合作,评估用金属有机框架从废热中提取水的技术。"}],[{"start":249.42000000000002,"text":"奖项公布后,罗布森在First Reactions播客中表示,他之所以进入化学领域,是因为“我想不出还有更好的工作可做”。亚吉10岁时在一本图书馆的书中看到分子图片后便对化学产生了浓厚的兴趣,他谦虚地补充道:“科学是世界上最强大的平衡力量。”他们的话如此恰当:谦虚尽显,却隐藏着深厚的智慧。"}],[{"start":274.29,"text":"译者/何黎"}]],"url":"https://audio.ftcn.net.cn/album/a_1761034191_7570.mp3"}

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