新型 “空间”的潜力
"我敦促年轻的研究人员站出来，发现一个新的领域并公诸于世。开辟一个未被探索的研究领域并且吸引其他参与者，你会感受到一个先驱者看着一个新领域成长的欣喜。”这就是iCeMS主任北川进的建议，他本人正是通过开发新一代多孔材料开辟了材料科学的新领域。虽然现在被广泛认为是一个潜力巨大的领域，但当北川教授第一次发表关于多孔材料的工作时，他被看作是异类。凭着直觉，他选择了自己感兴趣的新方向结果发现了一座金矿。
iCeMS主任
北川进
Susumu Kitagawa
到目前为止，每年发表的有关多孔材料的论文约有9000篇，其中很多是涉及过渡金属离子的。当北川开始他的工作时，Cu+被认为是一个完全无足轻重的离子。带电的铜离子有两种，一种是带一个正电荷的Cu+离子，另一种是氧化后带两个正电荷的Cu+2离子。当时，对Cu+2的研究很充分，但没有人注意到Cu+离子。它既无色又无磁性，似乎没有什么用处。
1951年生于日本京都。博士毕业于京都大学工学研究科化学专业。曾任近畿大学理工学院副教授、东京都立大学化学系教授、京都大学大学院工学研究科教授、iCeMS教授。自2013年起担任iCeMS的负责人。2010年汤森路透引文奖得主，2011年获得紫绶勋章。
2014年发表的多孔配位聚合物晶体的显微照片。 如果从纳米级的结构来看，它的网络结构就像竹篮子。 它可以从极难分离的一氧化碳和氮气混合物中选择性地分离出一氧化碳。
震惊世界的"微不足道的离子"
在京都大学完成量子化学的研究生工作后，北川教授进入近畿大学理学院担任助教。“我就是在那里接触到配位化学，并开始研究由有机配体和金属离子构建的配位聚合物。”长期以来，人们一直在研究由有机配体和金属离子构建的材料，因为它们具有导电性，可以用来做纳米级电线和电催化剂。这是一个吸引了许多研究人员竞相研究的领域。
引起北川注意的金属离子是具有球形电子构型的Cu+。Cu+2离子与有机配位体结合后只能定向延伸，而Cu+离子则可形成三维延伸结构。球形电子构型可以将变形降到最低，因此Cu+很容易形成晶体。 “我意识到，当Cu+离子与有机分子结合时，它们可以形成一个规则的、连续的晶体。我想这一定是有用的，所以我一直在研究它。然而，因为金属离子和有机分子的电子结构不同，所以它们的结合很难形成电子导带结构。我绞尽脑汁也无法得到我所希望的结果。”
轻松一刻带来了灵感
转折点出现在1989年。北川教授与两位近畿大学的学生一起访问了京都大学，因为那里有一台用于单晶X射线结构分析的大型计算机。他们将获得的配位高分子晶体的X射线衍射数据输入，然后等待建模和模拟结构。"因为很多研究人员同时使用电脑，所以我们得花一个多小时才能得到结果。如果我们是京都大学的一员，我们可以回到自己的实验室做一些其他的工作，但是作为参观者，我们没有特别的地方可以去，只能干等着。当我们终于能看到一些预测结构的初步结果时，其中一个学生说，‘看，这里面有洞’。"当北川教授看到这些蜂窝状的网络结构时，他发现这些空洞的排列是有规律的。
"大多数配位化学家只关注聚合物的框架本身，而不注意间隙。但我认为那些完全空旷的空间是很有趣的东西。" 就在那一刻，他的研究重点发生了关键性的转变。
尽管如此，在他得出"多孔材料"的概念之前，还需要一段时间。孔隙内的溶剂分子对晶体的稳定性起着重要的作用，去除这些溶剂分子会导致框架崩溃。"我一开始并没有想到要利用这些孔隙"。经过两年的探索，去除溶剂分子后框架结构不塌陷的第一个多孔配位聚合物诞生了。这是一个突破性的发现，扩大了孔隙的应用范围，比如可以通过无数个空的微孔自由捕捉和释放气体。然而在1997年首次发表这一发现时，人们对这一发现的接受度却很低。"当时，大家都认为'有机物是软的，所以多孔材料的框架是不能用的'。我们的工作被视为吸附实验的错误，几乎不被其他科学家所相信。甚至被斥为谎言......"只有当足够多的其他研究者有类似的发现时，人们才接受了利用有机物可以制造固体孔隙结构的观点。突然间，多孔材料的研究变成了一个竞争激烈的研究领域。
培养学生的直觉
"当被告知'有孔'时，如果我是那种严格按规矩办事的人，我可能会简单地想，'它不是电子导电框架，所以没用'。由此，我可能就放弃了这个想法。但是，我感觉这个'空间'很有趣，于是我就顺着自己的直觉走下去了。"北川教授说。
北川教授不断地告诉他的学生，成功的秘诀是运气、耐心和坚持。"机会不会像彩票一样突然降临到你身上。而是一个人在不知不觉中走向它之后所遇到的东西。正如细菌学家路易-巴斯德所说`机会偏爱有准备的头脑 `。只要努力，就会为良机的到来打下基础。耐心是指不要反应太快。一个敏锐的人可能会迅速理解现象并立即向前推进。但我相信，产生新的科学领域的机会是给慢一点的人的，他们会停下来用怀疑的眼光审视情况。当然，执着是指不放弃而继续相信的毅力。"当北川的学生即将成为教授时，他会送给他们一个传统的陶瓷猫头鹰--智慧的象征，上面有北川亲手写的这三个字。
赋予材料超越自然生物的能力
2007年iCeMS成立时，北川被任命为副主任。研究所的成立原则有两个。"一个是用化学来描述细胞过程，并创造出控制细胞过程的材料，这个目标有助于疾病或功能障碍的医学治疗。另一个是创造受细胞过程启发的功能性材料。"我想用材料做生物体做不到的事情。"这是北川教授的动机之一。例如，天然的细胞膜既可以将一种物质从浓度较高的一侧传输到浓度较低的一侧，也可以反之，然而它不会传输所有的物质。"生命的机制设计得相当好，但它们的功能并没有超出其既定的作用。人类设计的材料可能实现更多的功能。"
2017年是多孔配位聚合物研发以来的第20年。” 我们的身体是由各种各样的蛋白质组成的，这些蛋白质仅由20种不同的氨基酸组成。这些蛋白质根据组装方式的不同，发挥着各种各样的作用。同样，配位聚合物的组合数量也是巨大的。 即使我们用计算机和人工智能来分析它们，也无法掌握所有的信息。这就是为什么在公路边上可能就躺着一条矿脉，也是我们需要"耐心 "的原因。材料科学的乐趣在于很多东西可能就在我们眼皮底下。"
合作：京都通信社
*本文最初发表在通讯 "iCeMS Our World Your Future vol.6 "上。本页的所有信息，包括研究者的所属机构，在发表时都是最新的。