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．MOFs 以「金屬節點＋有機配體」構成的可編程骨架，可對孔徑、親疏水性與功能團做原子級調控，在亞納米尺度實現客製化分子篩選，兼具高比表面積與可設計孔化學。
．由傳統氣體分離和貴金屬回收，延伸至電催化、滲透能量轉換、藥物精準遞送與柔性電子，其中ZIF、UiO、MIL家族展現最強商業化動能，充分體現跨領域平臺價值。
．MOFs 可創造永續，透過綠色溶劑連續流合成與全生命週期毒性評估，可同時突破水熱穩定與成本兩大障礙。

今（2025） 年，諾貝爾化學獎頒發給研究金屬有機框架 MOFs 的日本化學家北川進、英國化學家羅布森（Richard Robson）和美國化學家亞基（Omar M. Yaghi），不過 MOFs 究竟是什麼？就讓同為研究 MOFs 的筆者來為讀者們介紹吧！

MOFs：小小多孔材料帶來的非凡變革

金屬有機框架（Metal-Organic Frameworks, MOFs）材料由金屬節點（或金屬簇，為無機物來源）與有機配體（有機物來源）透過配位鍵構成，是高度有序且帶有微孔洞的材料。它有著宛如分子版樂高積木的結構，可依照不同組合、方式，打造出各種孔洞與排列形式（圖一）。 MOFs 自 1990年代被提出後，便迅速受到材料科學界廣泛關注，其中此次得獎的美國化學家亞基特別將此類材料命名為「金屬有機框架」，且他所領導的研究團隊進一步建立它的系統化設計方法，為後續「功能性多孔 MOFs」材料的開發奠定了堅實基礎。

圖一｜金屬有機框架的結構組成（作者提供）

MOFs 有個關鍵特徵，那就是具有大量規則排列的孔洞，這些洞大多屬於微孔（孔徑＜ 2nm），並且可藉由長分子鏈的有機配體擴增至中孔（孔徑 2～ 50nm）範圍，使得它同時有孔徑均勻、比表面積極高（可達數千 m²／g，每克相當於五個籃球場大）與孔隙率良好等特性。

如果我們選擇性地設計金屬節點與有機配體，藉此精準調控孔徑大小與孔道表面化學性質，就能進一步提升 MOFs 的分子識別與選擇性吸附能力，使它成為極具潛力的吸附材料。此外，MOFs 的結構與功能，還能透過合成條件的精細調控加以強化。科學家也常利用調節劑（modulators）、改變溶劑系統、調整反應溫度與時間、控制反應物濃度等手段，在晶體成核與成長動力方面調變MOFs，進而影響它們的孔洞尺寸、孔道化學性質、晶體形貌與熱化學穩定性等。

ZIF
2006 年，由亞基等人在知名期刊發表一系列的沸石咪唑酯框架（zeolitic imidazolate framework）， 結構類似傳統沸石（ zeolites），結合了金屬離子與咪唑（imidazole）有機配體、化學及熱穩定性高，有優異的選擇性孔徑。ZIFs 被廣泛應用於氣體儲存與分離、催化反應以及藥物輸送系統中。

MIL
全名「拉瓦錫研究所的材料」（Materials of Institute Lavoisier），顧名思義是法國拉瓦錫研究所團隊所開發的一系列 MOFs。常見的有最早期被開發出來的 MIL-53，會因溫度、壓力、客體分子等外部環境改變孔洞大小；MIL-100 則擁有大孔隙度和高比表面積，在氣體吸附、催化等方面極具潛力，以具生物相容性的鐵離子作為金屬節點可拓展至生物醫療領域。

MIL 系列的孔洞結構範圍從微孔乃至中孔皆有，可提供較大的孔道與比表面積。許多 MIL材料在水熱環境下相對穩定，也能在多種化學介質中保持骨架完整。這系列 MOFs 的研究不僅在合成與結構修飾上持續發展，也能在氣體儲能、分離、催化等應用方面有所發揮。

UiO
於挪威奧斯陸大學（University of Oslo） 研發，故簡稱 UiO，由鋯離子（Zr⁴⁺）與苯二甲酸類有機配體構成。這些配體的長度不同，因而衍生出多種 UiO 結構，例如 UiO-66、UiO-67 和 UiO-68。儘管晶體大小與孔徑略有差異，這些以鋯（Zr）為基礎的 MOFs 排列上多緊密有序，且具有光催化活性。

HKUST／Cu-BTC
由香港科技大學（The Hong Kong University of Science and Technology, HKUST）研發，又稱Cu-BTC家族。這系列最知名的，是骨架由銅離子與苯三甲酸（benzene-1,3,5- tricarboxylic acid, BTC）形成的HKUST-1，它的晶體結構對稱性高且形成 3D 多孔骨架，孔洞大小與比表面積都相當可觀。正因這些優異特性，HKUST-1 常作為 MOFs 研究或工業應用開發的「參考材料」，在氣體分離、催化及後修飾衍生應用等領域中，都有指標性的地位。

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