In einem Schritt, der einen mesopotamischen Glasbläser zustimmend nicken ließe (wenn er wüsste, was Kohlenstoffabscheidung ist), haben Wissenschaftler einen chemischen Trick, der seit Jahrtausenden bei normalem Glas angewendet wird, auf ein Raumfahrtmaterial namens Metall-organisches Gerüstglas (MOF-Glas) übertragen. Stellen Sie sich MOF-Glas als das Liebeskind von Metallatomen und organischen Molekülen vor – ein poröser, hochmoderner Schwamm, der hervorragend Gase wie Kohlendioxid und Wasserstoff einfängt und sogar Wasser aus der Luft zieht.

Das internationale Team, mit Köpfchen von der TU Dortmund und der University of Birmingham, veröffentlichte seine Ergebnisse am 4. Mai in Nature Chemistry. Sie entdeckten, dass durch Zugabe winziger chemischer Verbindungen, die Natrium oder Lithium enthalten – ähnlich wie antike Handwerker ihre Glasrezepte anpassten – die Temperatur gesenkt werden kann, bei der MOF-Glas weich wird, und es beim Erhitzen leichter fließt. Dies könnte einen Fertigungsalbtraum in einen handhabbaren Tagtraum verwandeln.

Dr. Dominik Kubicki von der University of Birmingham formulierte es elegant: „Glas ist seit Jahrtausenden Teil der menschlichen Zivilisation. Vom alten Mesopotamien bis zu modernen Glasfaserkabeln erleichtern kleine Mengen chemischer Modifikatoren die Verarbeitung von Glas und verändern seine funktionellen Eigenschaften.“ Das Problem mit MOF-Gläsern? Sie werden nur bei hohen Temperaturen weich – über 300 °C – was unangenehm nahe an dem Punkt liegt, an dem sie sich zu zersetzen beginnen. Diese neue Entdeckung eröffnet Möglichkeiten für zukünftige Hochleistungsmaterialien ohne den Zusammenbruch.

Eines der Star-MOF-Gläser, ZIF-62, ist ein poröses Wunderwerk, das geschmolzen und zu Glas abgekühlt werden kann, während seine inneren Poren erhalten bleiben – denken Sie an einen Schweizer Käse für Moleküle. Professor Sebastian Henke von der TU Dortmund erklärte, dass ihr Ansatz direkt von der Modifikation konventioneller Silikatgläser inspiriert ist: „Die Netzwerkstruktur wird gestört, um das Schmelzverhalten und die mechanischen Eigenschaften abzustimmen.“

Um herauszufinden, wie Natrium seine Wirkung entfaltet, nutzten Forscher der University of Birmingham (unter der Leitung von Dr. Dominik Kubicki und Dr. Benjamin Gallant) atomare Untersuchungen und Hochtemperatur-Festkörper-Kernspinresonanzspektroskopie (NMR) an der UK High-Field Solid-State NMR Facility. Ein weiteres Team aus Birmingham – unter der Leitung von Professor Andrew Morris und Dr. Mario Ongkiko – setzte KI-gestützte Computermodellierung ein, um die komplexen NMR-Daten zu entschlüsseln. Die maschinenlernunterstützten Simulationen bestätigten, dass Natrium nicht einfach in den leeren Räumen des Materials herumlungert; es ersetzt tatsächlich einige Zinkatome, lockert die Glasstruktur und verändert seine Eigenschaften.

Nachdem Wissenschaftler nun den Code geknackt haben, um diese Materialien zu optimieren, räumen sie ein, dass weitere Arbeit nötig ist, um die Stabilität zu verbessern, das Verhalten vorherzusagen und die Leistung in realen Technologien zu testen. Aber vorerst ist das Glas halb voll – mit CO2, Wasserstoff und Hoffnung.

An der Studie waren Forscher der Technischen Universität Dortmund, der University of Birmingham, der Ruhr-Universität Bochum, der SRM University-AP, der Technischen Universität München und der University of Cambridge beteiligt. Material bereitgestellt von der University of Birmingham. (Der Inhalt wurde möglicherweise aus Gründen des Stils und der Länge bearbeitet, denn auch die Wissenschaft braucht einen Haarschnitt.)