你平常會在臭臭的鞋柜中放一些活性炭來祛除異味嗎？如果有的話，那你知道這種活性炭的“真面目”嗎？

活性炭就像一塊布滿細小孔洞的黑色海綿，只不過它的孔洞比頭發絲細10萬倍。這些孔洞會靠著分子間的吸引力（學名“范德華力”），來捕捉更微小的臭味的氣體分子，就像磁鐵吸附微小的鐵屑一樣。

但還有一種材料，它也像活性炭一樣可以“物理捕捉”分子，只不過捕捉的是現在多到令人頭疼的二氧化碳（CO2）。

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“智能金屬網”

這種材料就是由美國加州大學伯克利分校化學系教授奧馬爾·亞基(Omar Yaghi)發現的像樂高積木一樣的材料，叫做金屬有機框架（MOFs）。

一般來說要吸收工廠排出的大量二氧化碳，物理吸附方式的速度快，但是吸收量又打不過醇胺類物質的化學吸附手段。聽起來有點莫名的MOFs材料，就是要改變這種局面。

所謂的MOFs，就是由一種金屬離子/金屬模塊，和不同的有機分子組合而成的大型結構，有機分子就是橋梁般的存在。換句話說，就是將無機化學和有機化學經過“自組裝”，形成的具有可調節孔洞直徑的新材料。

為什么要強調它可以調節孔洞大小？

因為金屬離子和有機分子實際上都有很多種類，比如金屬離子就包括鋅、銅、鐵，可以設計出各式各樣的材料。但是在MOFs誕生以前，要是想改變無機材料的孔洞大小很難，包括前面提到的活性炭，一直都是那個樣子沒變過。

MOFs與活性炭工作原理類似，但它的孔洞體積占比率非常大，在相同體積下，它比其他材料擁有更大的比表面積——每克MOFs拉展開來的比表面積(開一個小文字框做解釋科普比表面積指單位質量物料所具有的總面積，又分為內表面積、外表面積兩類，是評價多孔材料催化能力及吸附性能的重要指標)可能比一個足球場還大！

同時，因為這些孔洞大小可以由人類來控制，所以MOFs的結構和功能會變得更加多樣。

有研究團隊把MOFs的孔道設計得像“定制網兜”，只讓二氧化碳鉆進去，而其他氣體被擋在外面；還能通過分子工程，讓這些孔洞的“墻壁”帶有不同的化學基團，更方便它去“抓住”不同大小、不同化學性質的分子。

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抓CO2，也抓氫和水

MOFs可以被設計來捕獲或吸附二氧化碳等分子，為阻止全球變暖做貢獻；也可以儲存大量能量，所以現在也被用于制造更好的電池和儲能設備。

畢竟MOFs能儲存、釋放幾乎任何東西，儲存氫氣為汽車供能有何不可？孔隙結構還能讓儲氫量翻倍。或者制成動力電池的電極，充電速度都能比普通電池快3倍。

當然，作為這一材料的奠基者，亞基最推崇的還是用它來提取水分子。

亞基的老家是位于阿拉伯半島西北部的約旦，近八成的國土面積都是沙漠，水是當地人的寶貴資源。如果能用MOFs材料，在沒有任何外部能源的支持下主動集水，那簡直是解決了一個大難題——而這已經成真。

亞基的實驗結果顯示，規模化生產后，在沒有外部能源的支持下，每一噸MOFs材料可被動收集2250升水。現在你能理解為什么說它是一個值得諾貝爾獎的發現了吧。

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編輯｜張毅

主編｜黎坤

總編輯｜吳新

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