金属有机框架 (MOFs) 是一种革命性的新型晶体固体，可以被设计用来捕获多种物质，包括温室气体，或作为纳米级药物载体。它们还可以从沙漠空气中提取水分。MOFs 的一个主要特征是它们所包含的空隙空间的巨大程度，这使得它们被称为“奇迹材料”。在科学文献中，它们常被描述为“超高孔隙率”，这种海绵状的纳米结构具有已知任何材料中最大的内部表面积。展开并摊平后，一克 MOF 可覆盖一个足球场。MOFs，以及其他一些新型化学结构，包括共价有机框架 (COFs) 和沸石咪唑框架 (ZIFs)，诞生于一个叫做网状化学的领域——这个名称是由伯克利化学家奥马尔·雅吉创造的，他在加州大学和劳伦斯伯克利实验室都有任职。雅吉教授（照片由马库斯·汉申拍摄，加州大学伯克利分校）雅吉教授和他的伯克利团队最近因创造出一种能够从极干燥空气中收集水的 MOF 而引起了头条新闻。这些 MOFs 在过夜期间捕获水分子，并在第二天早上以水蒸气的形式释放，然后凝结成可饮用的水。每磅 MOF 粉末每 12 小时可收集约 1.3 升水。更令人惊喜的是，该系统可以单独依靠太阳能运作，而且 MOFs 是可重复使用的。这个过程可以夜复一夜地重复进行。根据雅吉的说法，该技术也极其可扩展。“如果你有一个需要灌溉的村庄，你可以使用一公斤[的 MOF]或一百公斤。你甚至可以使用一千公斤！那将坐在那里……收集水。”雅吉和他的团队在 2014 年构思了这个水收集 MOF，当时他们将锆金属和己二酸结合在一个与水分子结合的结构中。随后，他们与麻省理工学院的工程师合作，设计了收集器装置。目前，雅吉和他的团队正在与公司合作，以商业化这项技术，并渴望将其推向那些水资源日益稀缺和受到争夺的地区。雅吉在 20 年前开创了网状化学，他开始尝试将金属与有机分子结合，以更好地储存气体和液体。雅吉解释说，科学家们几十年来一直试图合成类似的化学结构，但几乎总是失败。他和他在亚利桑那州立大学的团队通过创建结构稳固的较大簇成功了。从那时起，该领域迅速增长。目前，已有近 2 万种不同类型的 MOFs，且其用途似乎无穷无尽。“我们创造了在数量和多样性上前所未有的化学结构，这些结构在任何材料类别中都未曾见过，”雅吉说。“现在，它们正向能源和环境的不同应用扩展。”碳捕获就是一个典型的例子。MOFs 可用于在煤电厂内提取二氧化碳，阻止其进入大气，从而减缓全球变暖。它们还可以更安全和有效地输送农药。此外，医学研究人员还使用可生物降解的 MOFs 来直接向癌细胞输送化疗药物。雅吉去年告诉伯克利新闻，MOFs 的下一步是使它们更广泛并告知人们它们的潜力。“[全世界]正在使用 MOFs 研究重大的问题，”雅吉说。“剩下的就是如何大规模部署这些材料，真正服务于社会。”雅吉的工作获得了众多奖项，包括沃尔夫化学奖（2018）、阿尔伯特·爱因斯坦国际科学奖（2017）和费萨尔国际奖（2015）。他也在诺贝尔奖的讨论中。这一切与他早期的抱负大相径庭。“当我第一次进入[化学领域]时，”雅吉说，“我并不是为了去解决社会问题。我其实是想被一个人孤立。”克里西·艾略特对金属有机框架不是一个音乐节感到有些失望。