【导言】2025年诺贝尔奖生理学或医学奖授予了大阪大学的坂口志文博士，化学奖授予京都大学的北川进博士。至此，日本自然科学领域的诺贝尔奖得主总数已达27人。进入21世纪后，日本获奖人数为21人，仅次于美国，居世界第二位。诺奖尽管显示了日本卓越的科研实力，近年来日本研究能力被指正在下，亟需出台强化学术研究的政策。坂口教授提出了保障研究经费的要求，北川教授提出了消除国内外薪酬差距、保障年轻研究者的科研时间及激励措施等诉求。接下来，如何将这些诉求付诸具体政策，值得关注。
2025年诺贝尔化学奖——北川进，开发出多孔性材料，“新概念固体”可吸附/释放气体
2025年10月8日，瑞典皇家科学院宣布，将2025年诺贝尔化学奖授予京都大学的理事、副校长、特别教授北川进，以及墨尔本大学教授理查德·罗布森（Richard Robson），以及加州大学伯克利分校教授奥马尔·亚吉（Omar M. Yaghi）。获奖理由是“创建了金属有机框架（MOF）”。北川教授率先在世界上成功合成了MOF并确立了其概念。通过让金属离子和有机分子连接，二者有规律地组合，形成了包含巨大空腔的晶体结构，即MOF。利用MOF的内部空间，有望在气体分离、吸附、储存，催化反应的反应场所，环境污染物的去除等多个领域得到广泛应用。
【北川进】1951年7月生。1974年毕业于京都大学工学部，1979年完成京都大学研究生院工学研究科博士课程，获工学博士学位。同年，任近畿大学理工学部助教，1988年升为副教授。1992年任东京都立大学理学部教授，1998年任京都大学研究生院工学研究科教授。2007年任京都大学物质-细胞综合系统基地副主任、教授，2013年升为主任、教授，2018年任京都大学高等研究院特别教授（现职），2024年任京都大学理事、副校长（现职），2025年任京都大学综合研究推进本部部长（现职）。（供图：科学新闻社）
理查德·罗布森教授提出了一个假设：如果含有四个腈基（–CN）的有机分子与倾向于四面体配位的金属离子结合，就有可能形成具有巨大空腔的三维类金刚石结构。他以一价铜离子和在四个方向上等间距排列着腈基（–CN）的有机腈化合物为原料，成功合成出一种具有三维金刚石型结构、晶格中存在大空腔的物质（1989年）。此外，他还认为该固体内部的空腔中分子或离子能够自由进出，并通过实验实际证明了离子交换是可行的。这也可以说是MOF（金属有机框架）的最初原型。然而，这种物质非常脆弱，如果空腔中没有被溶剂填充，就会立刻崩塌。
北川教授从1990年起开始从事多孔性材料的研究。两年后，他成功合成了孔隙中含有有机物的多孔性配位高分子。当时他就职于近畿大学，为了分析该物质的结构而前往京都大学大型计算机中心。他回忆道：“我需要输入非常庞大的数据，然后进行计算，这个过程反复多次来求解结构。早上八点前来的时候，计算机中心几乎空无一人，工作效率很高；但是到了中午，京都大学的研究者陆续来到中心使用计算机，输入数据就变得很慢。每次输入数据后，还要等一两个小时以上才能得到结果。由于有等待时间，我就顺便查看了中间得到的结构，结果发现结构中存在整齐的无限孔洞，孔内还填充着有机分子。之前我一直努力合成密度高、没有孔的物质，但是看到这个结构的瞬间，我就觉得非常有趣，内心无比激动。那完全是一个转折点。”
此外，在1997年，为了解决多孔性配位高分子脆弱易碎的缺点，北川教授提出了一种新的想法——设计金属离子与有机配体紧密咬合的结构，由此，他首次在世界上合成出能够大量吸附气体分子的多孔性配位高分子。这一成果确立了“能够吸附和释放气体的固体”这一全新的概念。
然而，这一成果最初并不容易被学界接受。北川教授回忆道：“1997年我发表了一篇论文，证明这种多孔性配位高分子能够可逆吸附气体且不会破裂，并在美国夏季的一个聚集了权威学者的学会上做了报告，结果他们的反应是‘这是真的吗？’，当场受到了非常严厉的质疑。那还是我第一次参加这样的学会，连报告的房间都没有提前预订，最终只能安排到顶层一间狭小的会议室。坐在像温室一样闷热的房间里，我也分不清当时流下的到底是泪水还是汗水。不过，这项研究成果是我通过实际实验认真获得的发现，因此我丝毫不动摇，反而更加坚定地想要继续推进研究。”
虽然北川教授合成的材料实现了气体的吸附，但在除去溶剂后仍能稳定保持结构的材料非常有限。之前的结构中，每一个金属离子都作为网络的节点，其配位数和配向限制了网络几何结构的自由度。为此，亚吉教授提出了一种新的设计理念：不以单一金属离子作为节点，而是利用由多个金属原子组成的簇。他将由四个锌原子组成的簇看作八面体结构的节点，再用对苯二甲酸将这些八面体连续连接，设计出一种形成立方体状三维结构的晶体多孔体，并成功合成了这种具有该结构的晶体多孔材料。这一成果大大拓宽了设计坚固MOF的自由度。北川博士回忆说：“1999年论文刚发表时，我听说亚吉教授在美国也遭到相当多的质疑，当时有人问‘这种材料真的能用吗’，他也经历了不少困境。”随后，亚吉教授不仅提出了作为理论基础的网格合成（Reticular Synthesis）概念，还为这种金属-有机结构体创造了‘MOF’（Metal-Organic Framework）这一名称。
北川进：“无用之用”是研究的一条重要原则
进入2000年代后，全球的研究者纷纷关注MOF，并积极投入相关研究，原因在于MOF蕴含着巨大的潜力。北川教授表示：“我的研究可以说是‘无用之用’。完全密实、没有孔的材料非常稳定，而一旦出现孔洞就容易破裂。单从孔洞来看，它似乎是‘无用’的，但如果把原子或分子填入这些孔洞并进行储存或改造，这些孔洞就变得有用。只要改变思维方式，它就能派上用场。‘无用之用’已经成为我们研究的重要原则。”
他还说道：“我并不认为自己很伟大，我只是一直追逐着自己真正觉得有趣的事情一路狂奔。其间也有很多不顺利的事情。正因为如此，想必给共同研究的各位同事带来了不少困扰。正是有了他们的支持，我才能走到今天。化学研究从来都不是单打独斗，而是团队合作。当团队合作顺利时，研究才能不断推进。” 同时，他还对年轻一代寄语：“我想引用被称为细菌学之父的路易·巴斯德（Louis Pasteur）的一句话——‘幸运青睐有准备的头脑（Chance favors the prepared mind）’。回顾我自己的成长历程，我有幸遇到了优秀的老师、朋友，以及在学术会议上各种各样的相遇，这些都构成了我的‘准备好的头脑’。相信在成长过程中，你们会经历各种各样的体验，我衷心希望你们能珍惜每一段经历。我想要告诉你们，这些经历都可能在未来开花结果。”
科技担当大臣城内实寄语：坚持才能见成果
日本科学技术政策担当大臣城内实在坂口志文教授和北川进教授两位日本科学家获得诺贝尔奖之际表示：“这充分向世界展示日本研究水平之高，对我国及国民而言具有极大的鼓舞作用。同时，也能为肩负未来的年轻一代带来梦想和希望，并成为激励他们积极挑战新课题的重要契机。对于基础研究来说，长期、耐心且不间断的持续支持是极其重要的。政府将全力以赴，通过相关部门团结协作，确保研究人才的培养、研究环境的完善以及必要经费的持续保障，以促使优秀的科学技术创新成果持续涌现。必须让研究者能够安心开展具有挑战性的研究。我想强调的是：持续推进研究虽然需要相当长的时间，但往往会取得成果。此外，我也希望借此次获奖契机，研究什么样的环境和制度能够孕育出独创性的研究成果，并最终带来创新，以指导今后的科研政策和实践。”
原文：《科学新闻》
翻译：JST客观日本编辑部
