2025 年诺贝尔化学奖公布，授予北川进（Susumu Kitagawa）、理查德·罗布森（Richard Robson）和奥马尔·亚吉（Omar Yaghi），以表彰他们开发金�?有机框架（MOF）材料的开创性贡献。MOF获诺奖可以说是众望所归，也让小丰想到了那些曾经得过诺奖的纳米材料如今的发展现状、�/p>

本期小丰将盘点近年来获得过诺贝尔奖的纳米材料以及它们的发展现状，一起看下吧~

一�?010年诺贝尔物理学奖：石墨烯

得主９�/strong>安德烈・海姆（Andre Geim）与康斯坦丁・诺沃肖洛夫（Konstantin Novoselov（�/p>

核心贡献９�/strong>通过胶带剥离法首次实现石墨烯的可控制备，开启了二维材料研究新纪元、�/p>

石墨烯（Graphene）是一种由碳原子以sp2杂化轨道组成六角型呈蜂巢晶格的二维碳纳米材料，其独特的结构使它具有优异的电学、力学、热学和光学等特性，这些优异的物理性质使石墨烯在射频晶体管、超灵敏传感器、柔性透明导电薄膜、超强和高导复合材料、高性能锂离子电池和超级电容器等方面展现出巨大的应用潜力、�/p>

在石墨烯被发现二十年后，关于这一非凡材料的研究已经从实验室研究发展到了大规模生产和商业应用。石墨烯及其衍生物成为多种应用的理想材料，包括电子、结构和生物医学领域的应用。然而，石墨烯在更广泛的工业应用方面仍有待实现、�/p>

石墨烯按外在形态可以分为石墨烯粉体、石墨烯薄膜等� 石墨烯研究和商业化的初期主要集中在其衍生物上，如石墨烯纳米片（由堆叠的二维片组成的颗粒）、具有官能氧基团的氧化石墨烯，以及去除氧基团的还原氧化石墨烯。与主要通过粘合胶带机械剥离石墨生产的无缺陷石墨烯相比，这些衍生物更易于大规模生产，但产品中往往会产生大量缺陷、�/p>

因此，石墨烯的潜在应用逐渐转向那些可以容忍结构缺陷、但仍然能从石墨烯衍生物的强度和轻量特性中受益的领域，如复合材料、涂层和增强材料。例如，石墨烯纳米片已被用于防腐涂层、阻燃剂和电磁屏蔽材料，这些应用都接近商业化阶段、�/p>

此外，石墨烯衍生物的导电性足够高、电化学稳定性好、孔隙结构优良，这使其在能源存储和转换设备中具有潜在应用价值� 从市场占比来看，目前中国石墨烯材料市场主要以石墨烯粉体为主，石墨烯粉体占整体市场�?0.7%，石墨烯薄膜占比9.3%�?nbsp;

石墨烯获得诺奖以后，有关石墨烯及其相关材料的学术论文已发表了数十万篇。近年来，石墨烯的论文数量有所下降，但相比其他二维材料来说，仍然是学术界关注的重点�?025年石墨烯领域在《自然》《科学》等顶刊上发表的论文数量显著增加，全年累计达6篇，研究热度可见一斑、�/p>

随着石墨烯制备技术的不断成熟和规模化生产难题的逐步解决，石墨烯的产业化进程正在加速推进。未来，随着石墨烯制备成本的进一步降低和应用领域的不断拓展，石墨烯产业将迎来更加广阔的发展空间，成为推动新材料产业发展的重要力量、�/p>

二�?023年诺贝尔化学奖：胶体量子炸�/strong>

得主９�/strong>阿列克谢・叶基莫夫（Alexei Ekimov）、路易斯・布鲁斯（Louis Brus）、蒙吉・鲍文迪（Moungi Bawendi（�/p>

核心贡献９�/strong>发现半导体量子点的尺寸依赖发光特性，奠定其在显示和传感领域的基础、�/p>

胶体量子点是一类重要的半导体纳米结构，通常分散在溶液中，具有优良的光学特性，如高色纯度、接近统一的光致发光量子产率和尺寸可调的发射色。由于胶体量子点具有溶液化加工合成的优点，当与高分子聚合物或弹性体结合时，即可制作出含有胶体量子点的功能材料，因此具有很高的灵活性、生物相容性和便携性、�/p>

胶体量子点根据组成可以将分为核型量子点（Core-type QDs）、核壳量子点（Core–Shell QDs）以及合金量子点（Alloyed QDs）、�/p>

常见的核型量子点包括CdSe、CdS、ZnS等，通过胶体合成等技术，可以精确控制其尺寸和形状，使其在光电子、生物成像和传感技术中具有广泛的应用。典型的核壳量子点如CdSe/ZnS，因其高量子产率和稳定性而被广泛研究。壳层材料通常具有较大的带隙，可以保护核心材料，提高量子点的光学性能。合金量子点通过整合两种或多种不同的半导体材料制备而成。这些量子点结合了各组分材料的电子和光学特性，展现出更广泛的可调谐特性、�/p>

经过20余年的研究，胶体量子点取得了令人瞩目的进展，在多个领域得到应用，包括显示技术、太阳能电池、生物成像、传感器、光电器件等。在显示技术中，量子点可以用于量子点发光二极管（QLED），提供更广的色域和更高的亮度。在太阳能电池中，量子点可以提高光子到电子的转换效率，实现更高的能量转换效率。在生物成像中，量子点作为荧光标记物，可以实现高分辨率和长时间的生物成像、�/p>

尽管胶体量子点在实验室中表现出色，如何实现大规模生产并将其集成到实际设备中，仍然是科学家们需要解决的关键问题。胶体量子点在柔性器件中的应用还面临稳定性和成本效率等挑战，这些问题也亟待进一步研究。量子点的商业化应用仍面临毒性、稳定性、合成成本等挑战、�/p>

未来的研究需要进一步提高量子点的性能，降低成本，并开发更环保的合成方法。同时，量子点在量子计算、光子学等前沿领域的应用也值得期待。通过解决当前的挑战，量子点有望成为本世纪基础技术之一，推动科学技术的进一步发展、�/p>

三�?025年诺贝尔化学奖：金属有机框架（MOF（�/strong>

得主９�/strong>北川进（Susumu Kitagawa）、理查德・罗伯森（Richard Robson）、奥马尔・亚吉（Omar M. Yaghi（�strong>核心贡献９�/strong>开创金属有机框架材料，实现分子级精准调控的多孔结构、�/p>

MOF是Metal Organic Framework的缩写，是由有机配体和无机金属离子或者团簇通过配位键自组装形成的具有分子内孔隙的有�?无机杂化材料、�/p>

MOF材料又被称为顶刊宠儿，近年来频繁出现在Nature、Science等顶刊。据报道，目前实验室合成的MOF已经�?0万多种，按类型可以分为网状金属有机框架材料IRMOF、沸�?咪唑框架材料ZIF、莱瓦希尔有机框架材料MIL和通道式框架材料PCN ，各自的代表材料有MOF-5、ZIF-8、MIL-101和HKUST-1、�/p>

由于 MOF材料本身拥有超大的比表面积和超高的孔隙率，且其孔道结构规则可调，为吸附气体提供了可能性，长期以来业界希望将其用于“吸附和分离”的应用场景。当前MOF材料已实验对常见气体小分�?CO2、CH4、N2、H2�?、C1~C3低碳烃、C4~C6中链烷烃、多种醇类的靶向吸附，并能够实现对CO2/CH4N2、C1~C3低碳烃混合物、C4~C6烷烃异构体的高效分离以及对NOx、SOx、H2S、NH3及VOCs等有毒气体的高效分离与净化、�/p>

此外，近年来MOF在工业催化、能源存储、生物医药等各个领域得到了广泛研究。MOFs本身可以作为催化剂，其金属节点或有机配体可作为催化活性中心。它们也可以被用作催化剂的载体，其规整的孔道可以作为“纳米反应器”，限制反应物和产物的尺寸，从而提高催化反应的选择性。除此之外，MOF还可以用作电极材料，其高比表面积有利于电解质离子的快速迁移和储存；也可以用作隔膜或固态电解质，以提升电池的性能和安全性、�/p>

相关研究已覆盖锂离子电池、锂硫电池、钠离子电池和锌空气电池等多个体系。值得注意的是，MOF的生物相容性、高载药量和可控释放等特点，使其成为极具前景的药物递送载体。药物分子可以被封装在MOFs的孔道内，通过特定刺激（如pH值变化）在病灶部位（如肿瘤组织）精准释放，从而提高疗效并降低副作用、�/p>

历经三十余年发展 ，MOF行业已从学术研究迈入商业化初期阶段。然而尽管MOs在学术研究上取得了辉煌的成就，但其大规模商业化之路仍面临若干挑战，如MOF材料稳定性欠佳，导致其使用寿命较短；制备过程复杂、配体成本高、�/p>

值得注意的是，目前已经有部分MOF材料实现了规模化生产并投入使用，如巴斯夫拥有CALF-20的吨级量产能� ，供应Svante碳捕集项目，中国也有企业已经进行相关布局，展望未来，随着成本的持续下降和应用场景的不断拓宽，中国MOF产业将很快迎来第一个爆发期，让我们拭目以待�?/p>

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