加州大學伯克利分校化學教授奧馬爾·亞吉。圖源：加州大學伯克利分校

撰文 | 李想俁

2025年10月8日，美國加州大學伯克利分校教授奧馬爾·亞吉（Omar M. Yaghi）與另外兩位研究者京都大學北川進和墨爾本大學理查德·羅布森共同獲得諾貝爾化學獎，以表彰他們在金屬有機框架（MOF）發展方面的貢獻。

01 做別人不敢做的事

北京大學化學與分子工程學院助理教授季者自2014年開始在加州大學伯克利分校跟隨奧馬爾·亞吉攻讀博士學位。他說，長期以來奧馬爾都在做非常創新的事情，都在做別人不敢做的事情。

季者和他的博士生導師亞吉

總結五年半的相處經歷，季者用兩個詞來形容自己的博士階段導師。“第一個詞就是創新，他對學生的要求就是創新、創新、創新，要求我們絕對不能做別人已經做過的方向，不能在別人的基礎上做一些小修小補的工作，而是要大膽地去探索未知的方向。我覺得他的這樣創新的思維對我有很深遠的影響。”季者介紹稱。

另一個詞則是勤奮。季者告訴《知識分子》，Yaghi Lab（奧馬爾·亞吉的實驗室）大家每天見面經常說的一句話就是“Work harder.”有時候實驗做不出來，奧馬爾·亞吉會說，實驗不work是因爲你沒有讓它work。我們要去做更多的實驗，更加地努力。

“他自己本人也是這樣的，他來自於一個巴勒斯坦的家庭，15歲的時候從約旦到了美國，喫了非常多的苦，他付出很大的努力。”季者回憶道。

據加州大學官網，奧馬爾·亞吉於1965年出生在約旦安曼,他的父母是來自巴勒斯坦的難民。他的父親在安曼養牛並經營一家肉鋪。

在得知自己獲得諾貝爾獎後，奧馬爾·亞吉告訴諾獎委員會：“我在一個非常簡陋的家裏長大。一家十幾口人住在一個非常小的房間裏，還要和我們養的牛共享這個空間。”

奧馬爾·亞吉小時候的家裏沒有電，也沒有自來水，父親只讀完了六年級，母親則完全不識字。15歲那年，父親告訴奧馬爾·亞吉必須去美國學習。他在高中畢業前的一年獲得了簽證，獨自一人在紐約州特洛伊市安頓下來，開始他的大學教育。

由於英語水平不高，奧馬爾·亞吉先在特洛伊市的哈德遜河谷社區學院學習英語、數學和科學課程，隨後於1983年轉學到紐約州立大學奧爾巴尼分校。他靠給雜貨裝袋和拖地來維持生計，完成了後續的學業。

02 化學家的遊樂場

在合成化學的發展史上，化學家們最早用化學鍵把一些官能團拼在一起，得到了小分子。而後進一步地把分子拓展成無限延展的一維鏈，得到了高分子。而在二維和三維方向上，繼續把分子做得越來越大，就誕生了金屬有機框架（MOF）。

“金屬有機框架就是把分子砌塊通過配位鍵在三維方向上進行無限的延伸，可以得到一個網格的結構。你可以想象這個網格是一個房子，這個房子有橫樑、有立柱，搭建構成了金屬有機框架。如果我們把房子裏的空氣全部抽走，房子不會塌，會留下了很多孔道。金屬有機框架裏就充滿着孔道，充滿着讓分子進行碰撞、反應的空間。”季者認爲做金屬有機框架是一件很酷的事情。

金屬有機框架作爲一種多孔材料，有着豐富的化學內涵和廣闊的應用前景，已經在氣體吸附，特別是二氧化碳的捕集以及水的吸附方面，爲社會提供瞭解決挑戰的全新方法。由於這樣多孔的結構，使得金屬有機框架獲得了很大的比表面積，1克的金屬有機框架粉末就蘊藏有一個足球場這麼大的面積。這樣的多孔材料裏絕大部分的原子都是充分暴露的。

“如果我們把自己想象成一個分子，我們現在鑽到了金屬有機框架的孔道里暢遊。我們會看到週期性排列的金屬有機框架骨架，看到在有機連接子上懸掛着非常豐富的官能團。分子就可以和這些官能團進行相互作用。”季者嘗試用代入式的視角介紹金屬有機框架的內部狀態。

這些空腔裏可以充滿空氣，也可以充滿一些其他氣體。如果金屬有機框架和二氧化碳有一些特別的作用力，就可以用這樣的材料去捕集二氧化碳，把空氣中的二氧化碳富集到金屬有機框架的孔道里。

季者介紹稱，現在要發展方法把二氧化碳富集起來，但二氧化碳這樣的小分子的分子間作用力很弱，也就是說非常容易待在氣體裏。如何把它從大氣中富集到材料裏，這時候金屬有機框架中豐富的化學就提供了平臺。研究者可以在金屬有機框架中構築沒有被配位的金屬位點，這些位點就可以和二氧化碳配位。此外，如果在金屬有機框架的有機連接子上銜接一些氨基，這些氨基也可以和二氧化碳成鍵，所以化學家就可以把在分子尺度上的精準設計放大到可以無限延伸的金屬有機框架的多孔網格里。而現在金屬有機框架材料已經可以穩定地在空氣中不斷捕集二氧化碳。

另外一個應用就是金屬有機框架中的孔道可以富集大氣中的水。哪怕在缺水地區甚至沙漠，雖然溼度很低，但是由於空間非常大，空氣也漂浮着很多水分子，可以利用金屬有機框架中特別的化學作用力把這些水“抓住”。即使在很低的溼度下也可以把水富集到孔道里，接下來只需要加熱或是放在太陽光下照射，這些水就可以釋放出來，凝結變成人所需要的飲用水，以此解決缺水地區的水供給問題。這個方向也已經有多家公司在進行商業化，相信不久的將來能夠大大緩解乾旱地區的缺水問題。

金屬有機框架是化學家的畫板，在這裏每一個原子都充分暴露，化學家可以用自己的畫筆去修改這些原子，可以在上面做反應，可以實現分子之間的相互作用，它有無窮無盡的可以延展的地方。做無機化學，可以看到金屬有機框架裏有金屬簇；做有機化學，能看到金屬有機框架的連接子上面有多樣的可修飾的辦法；做結構化學，可以研究金屬有機框架的衍射；做環境化學、材料化學，可以去開拓金屬有機框架的應用。

03 中國學生參與了首篇論文

諾貝爾化學獎評委、瑞典皇家科學院院士鄒曉冬在《知識分子》和抖音的諾獎黃金週直播中解釋到，金屬有機框架是材料設計方面的重要創新，它是用金屬離子或者金屬離子族加上有機分子一起把連接成一個有序的帶孔徑的材料。在此之前，設計材料、原子合成是很沒有確定性的，就像蓋房子沒有圖紙，不知道將來蓋好的房子會是什麼樣。

“金屬有機框架的概念就是能夠首先設計一張圖，有金屬原子和有機分子結合起來的，有一定的性能，然後再做合成，這是一個概念性的突破。而且這個概念使得我們可以調控這個孔的大小、孔的性能，包括可以合成出來各種各樣、無數種可能的結構。金屬有機框架像一個納米工廠，在裏面可以做反應，最重要就是它的比表面積很大，使得在工廠裏可以做很多很多的工作，這就是它最關鍵的新概念。”

鄒曉冬還特別提到在金屬有機框架發現過程中中國學者的貢獻。奧馬爾·亞吉最經典的兩篇文章分別在1995年、1999年發表，李海連是這兩篇文章的重要貢獻者。“中國學生非常優秀，做出諾貝爾獎的工作，不光需要導師，也需要學生，這裏也有中國人的貢獻。”

季者補充了李海連與奧馬爾·亞吉相識的細節。上個世紀80年代末，奧馬爾·亞吉讀博士期間，他的導師收到在南京召開的一次化學會議邀請，但其導師由於各種原因無法參加。奧馬爾就代替導師以博士生的身份第一次到中國來交流，當時在南京大學化學系讀研究生的李海連曾帶他在南京四處參觀遊覽。

李海連通過這樣一次偶然的機會認識了奧馬爾，後來他聯繫奧馬爾表示想去美國讀博士，奧馬爾那時候剛好拿到了亞利桑那州立大學助理教授的職位，就同意了。奧馬爾告訴李海連，這是一個新的實驗室，我們可以做一些新的東西。之後也正是李海連按照奧馬爾的想法把有機的和無機的這些分子砌塊混到一起，得到了MOF-5這種閃閃發光的立方體晶體，成爲了奧馬爾第一篇金屬有機框架文章的三位作者之一。

04 “永遠不要讓草長到你的鞋子上”

讀博期間，季者收到了一封奧馬爾發給全組的郵件，說有一個空置的沙發，有沒有人要？然後下面附了一張照片。季者秒回說我要，很快奧馬爾就發來了短信，問你家住哪？

過了一會突然有人敲門了，季者開門一看，奧馬爾帶着一個沙發出現在了他家門口，“我以爲他會寄過來，還有其他很多快樂的回憶，比如會請我們去他辦公室喝他自己種的薄荷，” 季者分享了2014年剛剛到伯克利讀博士時的故事。

季者回憶，奧馬爾·亞吉對學生的科學素養的培養有非常高的要求，他不允許學生去做一些漸進性的研究，只是比之前的人往前再多走一小步，他認爲這是浪費時間。他要求學生一定要去開拓新方向，做完全不一樣的研究。

季者告訴《知識分子》，奧馬爾·亞吉還非常注重培養學生的寫作能力。“在修改論文時，奧馬爾讓我坐在他面前，我們拿着鍵盤，他說一句，我敲一句，所以在跟他反覆了很多次之後，我就知道怎麼寫了。其實這對於老師來說是非常花時間的，他自己直接給我進行批註、修改，哪怕重寫一遍都可以寫得很快，但他爲什麼要把我叫到面前修改呢？他就是在言傳身教，一字一句、一個鍵一個鍵地按下去，讓我知道一篇好的科學論文是應該怎麼寫的，所以我非常感謝那些他辦公室裏度過的時光。”

此外，奧馬爾經常告訴學生，文章不要寫得曲高和寡，否則最後的受衆就會非常窄。

季者在去美國讀書前，GRE的培訓機構告訴他，要背非常晦澀的詞彙，句子寫得簡單得不了高分，一定要用從句把很複雜的句子組裝到一起。

“我就帶着這個寫作觀念去和奧馬爾修改論文，被要求全部刪掉。他說那些句子根本沒有人看得懂，我們就要用最簡單、最直接的語言讓受衆能夠讀懂，人們不會因爲覺得你用了這麼簡單的詞，就認爲你的水平很低。”季者回憶道。

後來，季者逐漸體會到，把信息傳遞到對方大腦、進到心裏，纔是把影響力施加到了對方身上。當對方認可你的工作、方向，被你所感染，然後跟着你去做，或者在你的科學思想的指引下，去做他自己的新的方向，這纔是最終科學家不斷影響別人，影響更多的人的方式。

在季者剛開始讀博時，奧馬爾·亞吉告訴他，自己沒有在研究之初就要做一個多孔材料或是比表面積很大的材料。

如果奧馬爾抱着這個想法，可能很難發現金屬有機框架。相反，他只是覺得這很有趣，把有機的和無機的這些分子砌塊混到一起，結果長出了立方體的晶體，晶瑩剔透。之後通過X射線解析分子結構，發現這些分子砌塊像立柱和橫樑那樣，搭起了一個房子、一個向三維無限延伸的網格。

在季者看來，這是屬於化學家的浪漫。有些科學工作的出發點當然是從解決實際問題和需求出發，但還有一些工作是從好奇心和科學之美起源的。這些研究不斷地成長，水流越來越匯聚，最後找到了它的應用。

金屬有機框架有非常高的比表面積，可以吸附二氧化碳、吸附水，這一切都不是原先計劃好的，而源於是一位化學家對美的追求。

在季者眼中，導師奧馬爾·亞吉是一個永不止步的人。即便很早就完成了對金屬有機框架的發現和研究，奧馬爾也從來沒有停止腳步，在做出來金屬有機框架之後，他又發現不需要金屬離子，可以用有機連接子把另外的有機連接子連接起來，形成完全由共價鍵構成的網格，即共價有機結構（COF），又往前邁了一大步，而且共價有機結構可以在沒有金屬的情況下有更好的穩定性。

從化學發展的歷程看，合成分子從零維孤立的分子到高分子的時代，一維的高分子之後又可以做成二維、三維的無限延伸、結構明確的共價有機結構。在此之後，奧馬爾繼續向前邁進。在季者讀博士期間，奧馬爾的課題組正在重點研究Weaving的結構，即把線纏繞起來構成一個網格，類似鎖子甲否認機械互鎖結構。如果往二維和三維方向上延伸，也可以構成網格，從最早的配位鍵到COF的共價鍵，又到了Weaving的機械互鎖鍵，這是奧馬爾在成鍵概念上向前的又一步。

季者告訴《知識分子》，奧馬爾最近又在擁抱AI，他在利用人工智能去提升對金屬有機框架結構的預測能力，指導金屬有機框架合成的實驗，包括做高通量的機器自動化合成。

“這是他讓我非常敬佩的，因爲做出金屬有機框架已經很不容易了，是可以躺在功勞簿上的人。但他永遠不會停下來，所以他會告訴我說，你永遠不要讓草長到你的鞋子上。這在英語裏是一個比喻，你如果站在草地上不動，草就會長上來。”季者感慨道。