【導言】2025年諾貝爾獎生理學或醫學獎授予了大阪大學的坂口志文博士，化學獎授予京都大學的北川進博士。至此，日本自然科學領域的諾貝爾獎得主總數已達27人。進入21世紀後，日本獲獎人數為21人，僅次於美國，居世界第二位。諾貝爾獎儘管顯示了日本卓越的科研實力，近年來日本研究能力被指正在下，亟需出台強化學術研究的政策。坂口教授提出了保障研究經費的要求，北川教授提出了消除國內外薪酬差距、保障年輕研究者的科研時間及激勵措施等訴求。接下來，如何將這些訴求付諸具體政策，值得關注。

2025年諾貝爾化學獎——北川進，開發出多孔性材料，「新概念固體」可吸附/釋放氣體

2025年10月8日，瑞典皇家科學院宣佈，將2025年諾貝爾化學獎授予京都大學的理事、副校長、特別教授北川進，以及墨爾本大學教授理查德·羅布森（Richard Robson），以及加州大學伯克利分校教授奧馬爾·亞吉（Omar M. Yaghi）。獲獎理由是「創建了金屬有機框架（MOF）」。北川教授率先在世界上成功合成了MOF並確立了其概念。通過讓金屬離子和有機分子連接，二者有規律地組合，形成了包含巨大空腔的晶體結構，即MOF。利用MOF的內部空間，有望在氣體分離、吸附、儲存，催化反應的反應場所，環境污染物的去除等多個領域得到廣泛應用。

【北川進】1951年7月生。1974年畢業於京都大學工學部，1979年完成京都大學研究生院工學研究科博士課程，獲工學博士學位。同年，任近畿大學理工學部助教，1988年升為副教授。1992年任東京都立大學理學部教授，1998年任京都大學研究生院工學研究科教授。2007年任京都大學物質-細胞綜合系統基地副主任、教授，2013年升為主任、教授，2018年任京都大學高等研究院特別教授（現職），2024年任京都大學理事、副校長（現職），2025年任京都大學綜合研究推進本部部長（現職）。（供圖：科學新聞社）

理查德·羅布森教授提出了一個假設：如果含有四個腈基（–CN）的有機分子與傾向於四面體配位的金屬離子結合，就有可能形成具有巨大空腔的三維類鑽石結構。他以一價銅離子和在四個方向上等間距排列著腈基（–CN）的有機腈化合物為原料，成功合成出一種具有三維金剛石型結構、晶格中存在大空腔的物質（1989年）。此外，他還認為該固體內部的空腔中分子或離子能夠自由進出，並通過實驗實際證明了離子交換是可行的。這也可以說是MOF（金屬有機框架）的最初原型。然而，這種物質非常脆弱，如果空腔中沒有被溶劑填充，就會立刻崩塌。

北川教授從1990年起開始從事多孔性材料的研究。兩年後，他成功合成了孔中含有有機物質的多孔性配位聚合物。當時他就職於近畿大學，為了分析該物質的結構而前往京都大學大型電脳中心。他回憶道：「我需要輸入非常龐大的數據，然後進行計算，這個過程反復多次來求解結構。早上八點前來的時候，電脳中心幾乎空無一人，工作效率很高；但是到了中午，京都大學的研究者陸續來到中心使用電脳，輸入資料就變得很慢。每次輸入資料後，還要等一兩個小時以上才能得到結果。由於有等待時間，我就順便查看了中間得到的結構，結果發現結構中存在整齊的無限孔洞，孔內還填充著有機分子。之前我一直努力合成密度高、沒有孔的物質，但是看到這個結構的瞬間，我就覺得非常有趣，內心無比激動。那完全是一個轉折點。」

此外，在1997年，為瞭解決多孔性配位聚合物脆弱易碎的缺點，北川教授提出了一種新的想法——設計金屬離子與有機配體緊密咬合的結構，由此，他首次在世界上合成出能夠大量吸附氣體分子的多孔性配位聚合物。這一成果確立了「能夠吸附和釋放氣體的固體」這一全新的概念。

然而，這一成果最初並不容易被學界接受。北川教授回憶道：「1997年我發表了一篇論文，證明這種多孔性配位聚合物能夠可逆吸附氣體且不會破裂，並在美國夏季的一個聚集了權威學者的學會上做了報告，結果他們的反應是‘這是真的嗎？’，當場受到了非常嚴厲的質疑。那還是我第一次參加這樣的學會，連報告的房間都沒有提前預訂，最終只能安排到頂層一間狹小的會議室。坐在像溫室一樣悶熱的房間裏，我也分不清當時流下的到底是淚水還是汗水。不過，這項研究成果是我通過實際實驗認真獲得的發現，因此我絲毫不動搖，反而更加堅定地想要繼續推進研究。」

雖然北川教授合成的材料實現了氣體的吸附，但在除去溶劑後仍能穩定保持結構的材料非常有限。之前的結構中，每一個金屬離子都作為網路的節點，其配位數和配向限制了網路幾何結構的自由度。為此，亞吉教授提出了一種新的設計理念：不以單一金屬離子作為節點，而是利用由多個金屬原子組成的簇。他將由四個鋅原子組成的簇看作八面體結構的節點，再用對苯二甲酸將這些八面體連續連接，設計出一種形成立方體狀三維結構的晶體多孔體，並成功合成了這種具有該結構的晶體多孔材料。這一成果大大拓寬了設計堅固MOF的自由度。北川博士回憶說：「1999年論文剛發表時，我聽說亞吉教授在美國也遭到相當多的質疑，當時有人問‘這種材料真的能用嗎’，他也經歷了不少困境。」隨後，亞吉教授不僅提出了作為理論基礎的網格合成（Reticular Synthesis）概念，還為這種金屬-有機結構體創造了‘MOF’（Metal-Organic Framework）這一名稱。

北川進：「無用之用」是研究的一條重要原則

進入2000年代後，全球的研究者紛紛關注MOF，並積極投入相關研究，原因在於MOF蘊含著巨大的潛力。北川教授表示：「我的研究可以說是‘無用之用’。完全密實、沒有孔的材料非常穩定，而一旦出現孔洞就容易破裂。單從孔洞來看，它似乎是‘無用’的，但如果把原子或分子填入這些孔洞並進行儲存或改造，這些孔洞就變得有用。只要改變思維方式，它就能派上用場。‘無用之用’已經成為我們研究的重要原則。」

他還說道：「我並不認為自己很偉大，我只是一直追逐著自己真正覺得有趣的事情一路狂奔。其間也有很多不順利的事情。正因為如此，想必給共同研究的各位同仁帶來了不少困擾。正是有了他們的支持，我才能走到今天。化學研究從來都不是單打獨鬥，而是團隊合作。當團隊合作順利時，研究才能不斷推進。」 同時，他還對年輕一代寄語：「我想引用被稱為細菌學之父的路易·巴斯德（Louis Pasteur）的一句話——‘幸運青睞有準備的頭腦（Chance favors the prepared mind）’。回顧我自己的成長曆程，我有幸遇到了優秀的老師、朋友，以及在學術會議上各種各樣的相遇，這些都構成了我的‘準備好的頭腦’。相信在成長過程中，你們會經歷各種各樣的體驗，我衷心希望你們能珍惜每一段經歷。我想要告訴你們，這些經歷都可能在未來開花結果。」

科技擔當大臣城內實寄語：堅持才能見成果

日本科學技術政策擔當大臣城內實在坂口志文教授和北川進教授兩位日本科學家獲得諾貝爾獎之際表示：「這充分向世界展示日本研究水平之高，對我國及國民而言具有極大的鼓舞作用。同時，也能為肩負未來的年輕一代帶來夢想和希望，並成為激勵他們積極挑戰新課題的重要契機。對於基礎研究來說，長期、耐心且不間斷的持續支持是極其重要的。政府將全力以赴，通過相關部門團結協作，確保研究人才的培養、研究環境的完善以及必要經費的持續保障，以促使優秀的科學技術創新成果持續湧現。必須讓研究者能夠安心開展具有挑戰性的研究。我想強調的是：持續推進研究雖然需要相當長的時間，但往往會取得成果。此外，我也希望藉此次獲獎契機，研究什麼樣的環境和制度能夠孕育出獨創性的研究成果，並最終帶來創新，以指導今後的科研政策和實務。」

原文：《科學新聞》
翻譯：JST客觀日本編輯部