In een zet waar een Mesopotamische glasblazer goedkeurend zou knikken (als ze wisten wat koolstofafvang is), hebben wetenschappers een chemietruc die al millennia op gewoon glas wordt toegepast, toegepast op een ruimtetijdmateriaal genaamd metaal-organisch raamwerk (MOF) glas. Denk aan MOF-glas als het liefdeskind van metaalatomen en organische moleculen - een poreuze, high-tech spons die uitstekend is in het vangen van gassen zoals koolstofdioxide en waterstof, en zelfs water uit de lucht plukt.
Het internationale team, met breinpower van de TU Dortmund en de Universiteit van Birmingham, publiceerde hun bevindingen op 4 mei in Nature Chemistry. Ze ontdekten dat door kleine chemische verbindingen met natrium of lithium toe te voegen - vergelijkbaar met hoe oude ambachtslieden hun glasrecepten aanpasten - ze de temperatuur konden verlagen waarbij MOF-glas zachter wordt en het gemakkelijker vloeit bij verhitting. Dit zou een productienachtmerrie kunnen veranderen in een beheersbare dagdroom.
Dr. Dominik Kubicki van de Universiteit van Birmingham verwoordde het elegant: "Glas maakt al millennia deel uit van de menselijke beschaving. Van het oude Mesopotamië tot moderne glasvezelkabels, kleine hoeveelheden chemische modificatoren maken het gemakkelijker om glas te verwerken en veranderen de functionele eigenschappen." Het probleem met MOF-glazen? Ze worden alleen zacht bij hoge temperaturen - boven 300 °C - wat ongemakkelijk dicht bij het punt ligt waar ze beginnen te degraderen. Deze nieuwe ontdekking opent mogelijkheden voor toekomstige hoogwaardige materialen zonder smeltpannen.
Een van de ster-MOF-glazen, ZIF-62, is een poreus wonder dat kan worden gesmolten en gekoeld tot glas terwijl het zijn interne poriën behoudt - denk aan een Zwitserse kaas voor moleculen. Professor Sebastian Henke van de TU Dortmund legde uit dat hun aanpak direct is geïnspireerd door hoe conventionele silicaatglazen worden gemodificeerd: "het verstoren van de netwerkstructuur om het smeltgedrag en de mechanische eigenschappen af te stemmen."
Om te achterhalen hoe natrium zijn werk deed, gebruikten onderzoekers van de Universiteit van Birmingham (onder leiding van drs. Dominik Kubicki en Benjamin Gallant) atomaire studies en hoge-temperatuur vaste-stof kernspinresonantie (NMR) spectroscopie bij de UK High-Field Solid-State NMR Facility. Ondertussen zette een ander Birmingham-team - onder leiding van professor Andrew Morris en dr. Mario Ongkiko - AI-gestuurde computationele modellering in om de complexe NMR-gegevens te begrijpen. De machine-learning-gestuurde simulaties bevestigden dat natrium niet alleen in de lege ruimtes van het materiaal rondhangt; het vervangt eigenlijk enkele zinkatomen, waardoor de glasstructuur losser wordt en de eigenschappen veranderen.
Nu wetenschappers de code hebben gekraakt om deze materialen aan te passen, erkennen ze dat er meer werk nodig is om de stabiliteit te verbeteren, gedrag te voorspellen en prestaties in echte technologieën te testen. Maar voor nu is het een halfvol glas - van CO2, waterstof en hoop.
De studie omvatte onderzoekers van de Technische Universität Dortmund, de Universiteit van Birmingham, de Ruhr-Universität Bochum, SRM University-AP, de Technische Universiteit München en de Universiteit van Cambridge. Materialen verstrekt door de Universiteit van Birmingham. (Inhoud kan zijn bewerkt voor stijl en lengte, want zelfs wetenschap heeft een trimbeurt nodig.)