В ходе, который заставил бы месопотамского стеклодува одобрительно кивнуть (если бы он знал, что такое улавливание углерода), ученые взяли химический трюк, используемый тысячелетиями для обычного стекла, и применили его к космическому материалу под названием металлоорганическое стекло (MOF-стекло). Представьте MOF-стекло как дитя металлических атомов и органических молекул — пористую высокотехнологичную губку, отлично улавливающую такие газы, как углекислый газ и водород, и даже выхватывающую воду из воздуха.

Международная команда, включающая умы из TU Dortmund и Университета Бирмингема, опубликовала свои результаты в Nature Chemistry 4 мая. Они обнаружили, что добавление крошечных химических соединений, содержащих натрий или литий — подобно тому, как древние мастера подправляли свои стекольные рецепты — может снизить температуру размягчения MOF-стекла и облегчить его течение при нагреве. Это может превратить производственный кошмар в управляемую мечту.

Доктор Доминик Кубицки из Университета Бирмингема элегантно выразился: «Стекло было частью человеческой цивилизации на протяжении тысячелетий. От древней Месопотамии до современных оптоволоконных кабелей небольшие количества химических модификаторов облегчают обработку стекла и изменяют его функциональные свойства». Проблема с MOF-стеклами? Они размягчаются только при высоких температурах — выше 300 °C — что неудобно близко к точке, где они начинают разлагаться. Это новое открытие открывает возможности для будущих высокопроизводительных материалов без расплавления.

Одно из звездных MOF-стекол, ZIF-62, является пористым чудом, которое можно плавить и охлаждать в стекло, сохраняя внутренние поры — представьте себе швейцарский сыр для молекул. Профессор Себастьян Хенке из TU Dortmund объяснил, что их подход напрямую вдохновлен тем, как модифицируются обычные силикатные стекла: «нарушение сетевой структуры для настройки плавления и механических свойств».

Чтобы выяснить, как натрий делает свое дело, исследователи из Университета Бирмингема (под руководством докторов Доминика Кубицки и Бенджамина Галланта) использовали атомные исследования и высокотемпературную твердотельную ЯМР-спектроскопию в UK High-Field Solid-State NMR Facility. Тем временем другая бирмингемская команда — под руководством профессора Эндрю Морриса и доктора Марио Онгкико — применила AI-управляемое компьютерное моделирование, чтобы осмыслить сложные данные ЯМР. Симуляции с машинным обучением подтвердили, что натрий не просто болтается в пустых пространствах материала; он фактически заменяет некоторые атомы цинка, ослабляя стеклянную структуру и изменяя ее свойства.

Теперь, когда ученые взломали код настройки этих материалов, они признают, что необходима дополнительная работа для улучшения стабильности, прогнозирования поведения и тестирования производительности в реальных технологиях. Но пока что стакан наполовину полон — CO2, водорода и надежды.

В исследовании участвовали исследователи из Technische Universität Dortmund, Университета Бирмингема, Рурского университета Бохума, SRM University-AP, Мюнхенского технического университета и Кембриджского университета. Материалы предоставлены Университетом Бирмингема. (Содержание могло быть отредактировано по стилю и длине, потому что даже науке нужна стрижка.)