用于化学教学的金属-有机框架

《Journal of Chemical Education》：Metal–Organic Frameworks for Teaching Chemistry

诺贝尔奖引发对MOFs教育的关注，收集31篇文章探讨其在结构教学、合成方法、环境应用及跨学科案例中的实践，覆盖本科及高中课程，强调科研与教学的结合。

　　

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2025年诺贝尔奖授予了在金属有机框架（MOFs）领域取得重大成就的科学家，这一奖项与化学教学和学习有着密切的联系。我们整理了一组包含31篇文章的资料集，这些文章发表在相关期刊上，探讨了MOFs如何被应用于化学教学的创新实践中。这篇编辑文章对这些内容进行了简要介绍。

受2025年诺贝尔奖公布的启发，该期刊汇集了一系列关于MOFs在化学教学中的应用案例。这些资料可通过以下链接查看：https://pubs.acs.org/page/jceda8/vi/mof2025jce。

2012年，《化学评论》（Chemical Reviews）曾专门出版过一期关于MOFs的特刊。(1) 这些综述展示了MOFs在化学领域的广泛应用，包括其合成与表征、在分离技术、环境化学中的应用，以及作为化学传感器和催化剂的功能。该期刊还发表了多篇相关论文，帮助教育工作者在中学和本科教学中引入MOFs。今年的诺贝尔奖得主之一Omar Yaghi教授也在该期刊上发表了多篇研究。(2?4)

本次发布的资料集中包含了一些有趣的实验方案，可供化学教师参考并融入课程设计。其中一些实验基于当前的研究成果。(5) 例如，有一篇文章解释了MOFs的拓扑结构和形态特征，有助于学生理解孔隙排列等概念。(2) 另一篇综述探讨了MOFs在碳捕获方面的应用，为学生的实验提供了科学背景知识，重点介绍了配位化学和分析表征方法。(7,8)

MOFs的教学应用涵盖了多个方面：首先是从合成和结构角度入手，例如解释MOFs的拓扑和形态特征；(5) 还有研究其作为碳捕获材料的应用。(6,7,8) 在教学实验中，教师可以利用这些知识探索MOFs的各种功能。此外，还有论文利用MOFs来讲解布拉格定律。(13)

许多论文将MOFs与教学实践紧密结合，例如通过CURE框架开展研究。(15) 有些实验旨在让学生获得类似研究的体验，涉及多种合成、表征和应用技术。(16,17) 还有一些研究利用MOFs来治理环境污染。(18?20) 这些应用利用了MOFs的选择性吸附特性。

使用MOFs进行教学还有其他优势，比如促进跨学科研究。例如，生物MOFs在医药领域展现出潜力。(22) 它们也被用于课堂教学，以强调配位化学的重要性。(23) 另外，MOFs还被用于制备稳定混合材料。(24,25)

MOFs的教学不仅适用于高级课程或长期项目，也适用于普通化学课程(15,26)和高中课程(27)，其中MOFs的应用无需复杂的技术背景。还有一些实验通过可视化或建模来实现，无需直接操作MOFs本身。(2,28)

《化学评论》特刊展示了MOFs科学与化学教学之间的多种联系，这些例子旨在展示可能性而非全部内容。其他科学领域，如物理学(29)和免疫学(30)，也有相关的研究案例。

值得注意的是，早在诺贝尔奖颁发之前，化学学生就已经在课堂上使用这些研究成果进行实验了。利用过去的诺贝尔奖成果来设计教学内容，能够增强学生的学习体验。(26)

预测诺贝尔奖得主总是具有挑战性，但每年都有许多化学工作者将他们的研究成果转化为教学材料。也许未来的诺贝尔奖研究已经在世界各地的实验室中开展中了。