責任編輯:本站編輯 來源:中國農藥工業網 日期:2025-10-09
2025年諾貝爾化學獎授予了在金屬有機框架(MOF)開發方面作出貢獻的三位科學家。這三位化學家所創造的分子建筑,為人類應對氣候變化、環境污染和能源儲存等全球性挑戰開辟了全新路徑。
MOF是一種由金屬離子作為“角點”,有機分子作為“連桿”通過自組裝形成的具有巨大空腔的晶體結構,其在農藥創新方面有諸多啟示,具體如下:
精準控釋:MOF具有多孔結構和可調節的孔徑,能夠負載農藥分子,并實現對農藥的可控釋放。如中國農業科學院蔬菜花卉研究所質量與安全課題組制備的pH響應型Ag-TCPP@MYC@MPN納米載藥體系,可根據環境pH值緩慢釋放腈菌唑,增加了農藥的環境穩定性和持效期。
提高農藥利用率:MOF材料可以通過表面修飾等手段,增強與植物表面的粘附性,從而提高農藥的沉積量和利用率。上述研究中利用金屬多酚網絡(MPN)修飾卟啉MOFs,增強了載體在蔬菜表面的附著力,減少了農藥的流失。
協同增效:MOF不僅可以負載農藥,還可以與其他具有生物活性的物質結合,發揮協同作用。Ag-TCPP@MYC@MPN納米載藥體系中的單寧酸和Ag+可與腈菌唑協同抑制枯萎病菌,提高了抑菌效果。
降低農藥殘留:通過精準控釋和提高利用率,MOF能夠減少農藥的使用量,從而降低農產品中的農藥殘留。實驗表明,施用Ag-TCPP@MYC@MPN 14天后,小白菜上腈菌唑農藥殘留為0.05mg/Kg,符合相關標準。
環境友好型農藥開發:MOF的設計靈活性使得科學家可以根據需求選擇不同的金屬離子和有機配體,合成具有特定功能的MOF材料。這為開發環境友好型農藥提供了可能,如設計能夠選擇性吸附和降解特定污染物的MOF,或者開發對有益生物無害的農藥載體。
諾貝爾化學委員會主席 Heiner Linke 在新聞發布會上表示,金屬有機框架材料具有巨大潛力,為定制設計具有全新功能的材料帶來了前所未有的機遇。這些由金屬離子作為“拐角”或節點,由有機分子作為“連桿”或支柱,通過自組裝方式搭建起來的高度有序的晶體結構,其內部充滿了微觀尺寸的孔洞。正是這些可以被精確設計的孔洞,賦予了化學家們前所未有的能力,去捕獲、儲存、分離特定的分子,甚至在其中催化化學反應。從沙漠空氣中收集飲用水,到從工業廢氣中捕獲二氧化碳;從過濾水中微量的藥物殘留和全氟及多氟烷基物質,到為氫能源汽車設計更安全高效的儲氣罐,MOFs 展現的應用圖景幾乎無所不包,被部分研究者譽為“21 世紀的材料”。
誠然,從實驗室的克級制備到工業化的大規模生產,MOFs仍面臨著成本、穩定性及生產工藝等方面的挑戰。展望未來,MOFs領域的發展將聚焦于克服上述挑戰,研究方向將包括:開發使用廉價、易得的原料合成高性能MOFs的新途徑;探索綠色、高效、可連續化生產的新工藝;利用人工智能和大數據技術加速新結構MOFs的發現與性能預測。2025年諾貝爾化學獎的授予,無疑將極大地提升公眾和產業界對MOFs的關注度,吸引更多投資和優秀人才進入該領域,從而加速其從“實驗室奇跡”到“改變世界的技術”的轉變。