前言：撥開(kāi)這些表層喧囂，今年的物理學(xué)獎(jiǎng)與化學(xué)獎(jiǎng)實(shí)則藏著一場(chǎng)關(guān)乎人類(lèi)能源未來(lái)的關(guān)鍵信號(hào)。它們不再是遠(yuǎn)離產(chǎn)業(yè)的抽象理論突破，而是直指光伏效率瓶頸、氫能存儲(chǔ)難題的[技術(shù)鑰匙]，將[量子力學(xué)]與[分子材料]這兩個(gè)看似遙遠(yuǎn)的科學(xué)領(lǐng)域，牢牢綁定在了零碳革命的賽道上。

作者 | 方文三圖片來(lái)源 |  網(wǎng) 絡(luò) 

宏觀(guān)量子隧穿，給光伏與量子計(jì)算開(kāi)了一扇新門(mén)

[就像一個(gè)人不用開(kāi)門(mén)，直接穿墻從客廳到了臥室——這在宏觀(guān)世界是天方夜譚，但我們?cè)陔娐防飳?shí)現(xiàn)了。]當(dāng)加州大學(xué)伯克利分校的約翰克拉克得知自己因[宏觀(guān)量子隧穿效應(yīng)]獲獎(jiǎng)時(shí)，這個(gè)通俗的類(lèi)比道出了這項(xiàng)研究的顛覆性。

量子隧穿效應(yīng)并非新鮮事，1920年代被提出時(shí)，它描述的是電子等微觀(guān)粒子能[概率性穿越能量壁壘]的奇特行為，就像小球無(wú)法滾過(guò)比自身動(dòng)能高的山坡，但微觀(guān)粒子能[穿墻而過(guò)]。

過(guò)去百年，這項(xiàng)效應(yīng)始終被禁錮在微觀(guān)世界，從芯片里的晶體管到掃描隧道顯微鏡，應(yīng)用場(chǎng)景都離不開(kāi)納米級(jí)尺度。

而克拉克、德沃雷與馬蒂尼斯的突破，在于把這種[量子魔術(shù)]搬到了宏觀(guān)世界。

1984年，他們?cè)诓�克利�?shí)驗(yàn)室搭建了一個(gè)[能握在手里]的超導(dǎo)電路，兩塊超導(dǎo)體中間夾著一層極薄的絕緣層，當(dāng)冷卻到接近絕對(duì)零度時(shí)，電路中的數(shù)十億個(gè)[庫(kù)珀對(duì)]突然表現(xiàn)得像[單個(gè)宏觀(guān)粒子]，它們沒(méi)有足夠能量越過(guò)絕緣層，卻通過(guò)隧穿效應(yīng)直接[穿越]，讓電路從[零電壓態(tài)]躍遷至[有壓態(tài)]。

更關(guān)鍵的是，他們還證實(shí)了這個(gè)宏觀(guān)系統(tǒng)的[能量量子化]，就像上樓梯只能一級(jí)級(jí)跳，電路吸收和釋放的能量是[一份份]離散的，完美契合量子力學(xué)的預(yù)測(cè)。

這第一次證明，量子規(guī)律不是微觀(guān)粒子的專(zhuān)屬，人類(lèi)能設(shè)計(jì)出可控的宏觀(guān)量子系統(tǒng)。

這項(xiàng)看似[科幻]的發(fā)現(xiàn)，早已悄悄融入我們的能源生活。

光伏領(lǐng)域的主流技術(shù)TOPCon電池，核心原理正是[微觀(guān)量子隧穿]，通過(guò)1nm厚的SiOx隧穿氧化層，讓電子[穿墻]傳輸，同時(shí)攔截空穴，以此降低載流子復(fù)合，實(shí)現(xiàn)26%以上的光電轉(zhuǎn)換效率。

TOPCon電池的核心就是量子隧穿，今年諾獎(jiǎng)的宏觀(guān)隧穿雖然和光伏沒(méi)有直接關(guān)聯(lián)，但它加深了人們對(duì)量子態(tài)控制的理解，未來(lái)可能突破現(xiàn)有光伏效率的理論極限。

而宏觀(guān)量子隧穿的更大潛力，藏在量子計(jì)算里。馬蒂尼斯后續(xù)加入谷歌，將這種量子化電路發(fā)展為超導(dǎo)量子比特。

2019年，他領(lǐng)導(dǎo)團(tuán)隊(duì)推出53比特的[懸鈴木]處理器，首次實(shí)現(xiàn)[量子優(yōu)越性]；2024年谷歌最新的Willow處理器，更是用105個(gè)量子比特實(shí)現(xiàn)了邏輯錯(cuò)誤率隨物理比特增加而降低的關(guān)鍵突破。

現(xiàn)在全球頂尖的量子計(jì)算機(jī)，幾乎都基于約瑟夫森結(jié)和宏觀(guān)隧穿原理，諾獎(jiǎng)表彰的不僅是一項(xiàng)發(fā)現(xiàn)，更是量子計(jì)算從理論走向工程的起點(diǎn)。

MOF[分子海綿]，破解氫能與碳捕集的世紀(jì)難題

如果說(shuō)物理學(xué)獎(jiǎng)為能源技術(shù)提供了[底層原理]，那么2025年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)授予的[金屬有機(jī)框架（MOF）]，則為新能源應(yīng)用提供了[關(guān)鍵材料]。

北川進(jìn)、理查德羅布森與奧馬爾亞吉三位科學(xué)家，用三十年時(shí)間搭建起的[分子樂(lè)高]，正成為氫能存儲(chǔ)、碳捕集領(lǐng)域的[顛覆者]。

MOF的本質(zhì)，是一種由金屬離子（或簇）與有機(jī)配體[自組裝]而成的多孔晶體。

可以把它想象成[納米級(jí)的瑞士軍刀]，金屬離子是[連接節(jié)點(diǎn)]，有機(jī)配體是[支柱]，共同搭建出三維框架，內(nèi)部布滿(mǎn)直徑1-10納米的微孔。

這種結(jié)構(gòu)賦予了MOF驚人的特性，典型MOF的比表面積可達(dá)6000㎡/g，一克材料的孔隙展開(kāi)后相當(dāng)于一個(gè)足球場(chǎng)；

更重要的是，通過(guò)更換金屬離子和有機(jī)配體，科學(xué)家能精準(zhǔn)調(diào)控MOF的孔徑大小與化學(xué)屬性。

想要儲(chǔ)氫，就設(shè)計(jì)能吸附氫分子的孔道；想要捕碳，就修飾對(duì)CO有高親和力的官能團(tuán)。

三位獲獎(jiǎng)?wù)叩呢暙I(xiàn)，正是為這種[分子設(shè)計(jì)]奠定了基礎(chǔ)：

1989年，羅布森首次用銅離子與四臂有機(jī)分子，搭建出鉆石型拓?fù)涞亩嗫拙�體，提出[分子樂(lè)高]的構(gòu)筑思路；

1997年，北川進(jìn)突破[多孔材料必脆弱]的認(rèn)知，證明MOF能像[肺]一樣可逆吸附甲烷、氧氣，提出[柔性多孔晶體]概念；

1999年，亞吉合成的MOF-5，比表面積突破2900㎡/g，且能在300℃下保持穩(wěn)定，徹底打開(kāi)MOF工業(yè)化的大門(mén)。

在新能源領(lǐng)域，MOF的價(jià)值最先體現(xiàn)在氫能上。作為[21世紀(jì)終極能源]，氫能的最大瓶頸是存儲(chǔ)。

傳統(tǒng)高壓儲(chǔ)氫需70MPa高壓，設(shè)備成本高且安全風(fēng)險(xiǎn)大；低溫液氫需-253℃超低溫，能耗占?xì)淠芸偭康?0%以上。

而MOF的出現(xiàn)，讓[常溫常壓儲(chǔ)氫]成為可能。2025年8月，《自然化學(xué)》刊發(fā)的研究顯示，一種[柔性晶格]MOF的儲(chǔ)氫量達(dá)6.5%，密度媲美70MPa高壓儲(chǔ)瓶；

中國(guó)科學(xué)院趙慎龍團(tuán)隊(duì)更實(shí)現(xiàn)突破：通過(guò)室溫電沉積，制備出400平方厘米的MOF電極，用于電解水制氫時(shí)，能耗僅4.11kWh/Nm³H，且能穩(wěn)定運(yùn)行5000小時(shí)，制氫成本降至2.71美元/kg，接近美國(guó)能源部的商業(yè)目標(biāo)。

這意味著氫燃料電池汽車(chē)的續(xù)航能翻番，亞吉團(tuán)隊(duì)研發(fā)的ZIF-1000MOF，儲(chǔ)氫密度是傳統(tǒng)高壓技術(shù)的1.8倍。

同等體積下，氫燃料電池車(chē)的續(xù)航可從500公里躍升至1200公里，加氫時(shí)間仍保持3-5分鐘，徹底解決續(xù)航焦慮。

豐田、現(xiàn)代等車(chē)企已開(kāi)始測(cè)試MOF儲(chǔ)氫系統(tǒng)，若落地，氫能重卡長(zhǎng)途客車(chē)將率先替代燃油車(chē)。

MOF在碳捕集領(lǐng)域的潛力同樣驚人，當(dāng)前工業(yè)碳捕集主要依賴(lài)[胺吸收法]，能耗高、易腐蝕設(shè)備，且無(wú)法應(yīng)對(duì)200℃以上的高溫?zé)煔狻?/p>

而清華大學(xué)與福州大學(xué)聯(lián)合團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，鋅基MOF能在200℃工業(yè)煙氣中高效吸碳；揚(yáng)州[碳捕捉]國(guó)家級(jí)示范項(xiàng)目引入MOF后，碳捕集能耗降低40%，成本預(yù)計(jì)下降50%。

創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)，破解新能源產(chǎn)業(yè)的[內(nèi)卷困局]

當(dāng)物理學(xué)獎(jiǎng)與化學(xué)獎(jiǎng)聚焦技術(shù)突破時(shí)，2025年諾貝爾經(jīng)濟(jì)學(xué)獎(jiǎng)則為這些技術(shù)的落地提供了[方法論]。

喬爾莫基爾等三位經(jīng)濟(jì)學(xué)家提出的[創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)型增長(zhǎng)]理論，直指當(dāng)前新能源產(chǎn)業(yè)的核心矛盾。依賴(lài)傳統(tǒng)要素競(jìng)爭(zhēng)的[內(nèi)卷]，唯有通過(guò)創(chuàng)新生態(tài)構(gòu)建才能打破。

2025年下半年的光伏產(chǎn)業(yè)正陷入這樣的困局，多晶硅收儲(chǔ)政策反復(fù)炒作，硅料價(jià)格脫離供求關(guān)系波動(dòng)，組件成本每漲0.1元/W，光伏電站IRR就降0.3%-0.5%。

銀河證券測(cè)算顯示，若要滿(mǎn)足IRR≥6%的盈利要求，組件價(jià)格需低于0.7元/W，對(duì)應(yīng)硅料價(jià)約38元/kg，但政策傳言導(dǎo)致價(jià)格反復(fù)，最終陷入[上游漲價(jià)、下游承壓]的內(nèi)耗。

而諾獎(jiǎng)技術(shù)的發(fā)展路徑，恰恰印證了[創(chuàng)新破內(nèi)卷]的邏輯。這些突破不是一蹴而就，而是依賴(lài)基礎(chǔ)研究-技術(shù)轉(zhuǎn)化-產(chǎn)業(yè)落地的協(xié)同。

對(duì)中國(guó)新能源產(chǎn)業(yè)而言，這意味著需要從政策刺激轉(zhuǎn)向創(chuàng)新生態(tài)構(gòu)建，比如建立MOF材料的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，推動(dòng)量子計(jì)算與光伏效率提升的跨領(lǐng)域合作，讓資本更多流向基礎(chǔ)研究與中試環(huán)節(jié)，而非短期炒作。

結(jié)尾：

2025年諾貝爾科學(xué)獎(jiǎng)的揭曉，與其說(shuō)是一次技術(shù)突破的表彰，不如說(shuō)是一場(chǎng)能源革命的預(yù)告。

量子隧穿效應(yīng)在光伏領(lǐng)域的深度應(yīng)用，MOFs材料對(duì)氫能儲(chǔ)運(yùn)的顛覆式創(chuàng)新，共同指向一個(gè)清晰的結(jié)論：光伏氫能正在從概念走向現(xiàn)實(shí)，成為能源轉(zhuǎn)型的核心驅(qū)動(dòng)力。

從1920年代量子隧穿效應(yīng)的理論提出，到2025年宏觀(guān)調(diào)控技術(shù)的諾獎(jiǎng)加冕；

從1989年MOFs材料的首次發(fā)現(xiàn)，到如今儲(chǔ)氫技術(shù)的商業(yè)化突破，百年科學(xué)探索終于在能源領(lǐng)域結(jié)出碩果。

當(dāng)光伏板在陽(yáng)光下吸收能量，當(dāng)MOFs材料在儲(chǔ)罐中靜靜吸附氫氣，一場(chǎng)深刻的能源變革正在悄然發(fā)生。

2025年的諾獎(jiǎng)只是一個(gè)起點(diǎn)，更精彩的技術(shù)突破與產(chǎn)業(yè)變革，還在前方。

部分資料參考：21世紀(jì)經(jīng)濟(jì)報(bào)道：《從光伏到氫能，2025年諾獎(jiǎng)暗藏玄機(jī)》，低碳新型技術(shù)：《2025年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)與低碳材料革命：MOF從儲(chǔ)氫、DAC、反應(yīng)器的應(yīng)用技術(shù)解析》，上�？萍即髮W(xué)：《從[分子樂(lè)高]到[碳中和技術(shù)]2025年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)解讀》，SciMaster賽大師：《2025諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)深度解析｜當(dāng)量子跳隧走入[電路]世界》，量財(cái)經(jīng)：《2025年諾貝爾獎(jiǎng)深度解析：從宏觀(guān)量子效應(yīng)到量子計(jì)算和量子安全的未來(lái)》

       原文標(biāo)題 : AI芯天下丨分析丨2025諾獎(jiǎng)暗藏的光伏氫能玄機(jī)，究竟是哪些技術(shù)突破？