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奥马尔·亚基：网状化学——气候变暖的解决方案｜2023腾讯科学WE大会视频回顾
演讲回顾2023年腾讯科学WE大会圆满落幕。7位全球顶尖科学家与我们分享了物理学、材料科学、农业科学、生命科学等领域的多项突破性进展。大会原声字幕版视频和嘉宾演讲全文将陆续放出，欢迎收看！干燥的沙漠真的可以造水？奥马尔·亚基在WE大会上，为大家介绍了金属有机框架（MOF）等目前已知的多孔性最强的新材料，以及探索从空气中获取饮用水资源等技术的过程。以下是奥马尔·亚基视频回顾：以下是奥马尔·亚基演讲全文：首先我想讲一个故事。我出生在约旦首都安曼。10岁那年，有一天在学校午饭时间，图书馆在这个时间本来应该是关闭的，可我拧了一下门把手，发现门竟然没锁。然后我就进去了，而我看到的东西改变了我的一生。我看到了分子示意图，而我也是后来才知道它们是分子，从此我就爱上了分子。我对学习一直热情满满，并且专注于这些分子，但我并没有想到有一天分子研究成了我一生的工作。后来我们发明了最大规模的（框架）材料，这种全新的化学材料有望解决全球气候问题。今天我想和大家分享我的科研之旅，这一全新的化学领域叫做“网状化学”。“Reticular”（框架/网状）是一个拉丁词语，意思是“网”或“网状的”，框架材料都是网格化的结构。我想讲一下这种特殊的化学材料如何能够解决气候问题。但首先我想说一些严峻的事实，我们的地球正在“大声呼救”，世界各地的情况都可以证明这一点。澳大利亚大堡礁一半的珊瑚礁都消亡或褪色了，由于海水升温，那里的珊瑚礁可能要100年才能恢复。我们来看这张图。紫色部分表示每年天气事件的数量较过去更为严重。我想大家对此并不陌生，当下我们正在经历更恶劣的天气。无论是海水升温、地面高温，还是山火肆虐都越发频繁。现在气候问题已然迫在眉睫，直接影响着我们的生活和家园，以及全球人类的生计，尤其是粮食生产。这是另一个令我尤其担忧的天气灾害：马里布是美国最美的城市之一，我的家就离这里不远，但那里发生了山火。2022年加州山火的过火面积达到430万公顷，并且山火发生频率是过去均值的数倍。这让我非常担忧。我曾经住在亚利桑那州，第一份正式工作就始于这里。那里的胡佛大坝是北美最大的水坝。大家可以看到，自1983年到现在，胡佛大坝的水位已经降到危险的低水平。胡佛大坝供应着1600万人的生活用水，那里的人们未来将去哪里寻找新的水源？还有另一件令人关切的问题，也能证明水资源危机的存在。全球三分之一的地方都在面临水供给危机。联合国预计到2040年，全球五六十亿人口都将面临每年至少3个月的水供给短缺。这让人很担忧，不是吗？尤其是年轻人正在大力呼吁亟需改变当前的局面。但也有好消息。我说这些的目的并不是让大家沮丧，而是让大家看到这些问题是真实存在的，我会与大家分享我们的解决方案。说到解决方案，首先我们要了解问题的原因，然后采取措施去应对。而这个原因就是这两种小分子，就我们所知它们是目前已知最小的一些分子。一个是二氧化碳。现在向大气排放的二氧化碳超出过往，这也导致了气候变化和水资源危机，也许我们能通过从空气中取水来解决这个问题。解决气候问题和水资源问题的难点在于，如何将空气中或电厂烟道气中的二氧化碳分离出来。这意味着我们要从多种物质中只分离出一种物质来。空气中含有氮气、氧气、水和其它分子，它们的含量与二氧化碳的含量不同。那么我们如何从空气中只提取出二氧化碳或水分子呢？这是难点所在。而化学元素周期表可以赋予我们答案。我们的方法是，将分子重新连接在一起组合成新的材料。我来举个例子。我们选用的材料都是常见材料，包括有机材料和无机材料。这里展示的是塑料遮阳材料的组成部分，将这些组成部分重新结合制成全新的材料，也就是金属有机框架材料（MOFs）。这就是它的化学结构。有机结构作为支撑无机结构起到连接作用，从而制成金属有机框架。蓝色的是金属氧化物，最左边的材料是有机支撑结构。黄色的球是内部空间，这个空间可以锁住二氧化碳或水分子。真正的突破在于我们不仅可以制造这种材料，还可以在原子和分子上对其进行改造。我们与他人合作，在20世纪90年代中期发现了金属有机框架，并且制造了几十万种金属有机框架材料，通过我们开发的化学方法制成了这样的材料。接下来展示给大家看到的是其中一种MOF。它们是像小钻石一样的微型晶体。我们放大其中一个晶体，你可以肉眼看到它们。如果放大到分子级别来观察，你会看到晶体内部是框架式的结构。这是一种非常开放式的框架结构，能够让气体填满内部的空间，然后将气体压缩进材料的孔隙中。气体分子粘在内部的孔隙中，比分子彼此粘在一起要更有优势。我们可以把气体压缩进这些材料的孔隙中。我来给大家展示一下。请看这个正在旋转的金属有机框架，你所看到的每个部分都是一个吸附点，那些灰色的原子和粉色的原子都是吸附点。这就意味着我们可以量身打造能够从空气中分离出二氧化碳、水或其它物质的材料，这取决于调整改造材料中的孔隙。1克这样的材料，大小不超过这个圆圈。但1克这样的材料摊开的表面积可以覆盖一个足球场，可以达到6400平方米，而你的家可能也就100多平方米。这就是框架化学的力量。接下来我讲一下它的应用价值。通过多年的研究，我们成功开发了金属有机框架，就是屏幕上正在旋转的这个结构体。我们来看它内部的孔隙，这些小的集群有一个绿色的“头”，我们把它叫做“初级胺”（