I ett drag som skulle få en mesopotamisk glasblåsare att nicka gillande (om de visste vad kolinfångning var), har forskare tagit ett kemitrick som använts i årtusenden på vanligt glas och applicerat det på ett rymdåldersmaterial som kallas metall-organiskt ramverksglas (MOF-glas). Tänk på MOF-glas som kärleksbarnet mellan metallatomer och organiska molekyler – en porös, högteknologisk svamp som är utmärkt på att fånga gaser som koldioxid och väte, och till och med snappa upp vatten ur tomma luften.

Det internationella teamet, med hjärnkraft från TU Dortmund och University of Birmingham, publicerade sina resultat i Nature Chemistry den 4 maj. De upptäckte att genom att tillsätta små kemiska föreningar som innehåller natrium eller litium – liknande hur forntida hantverkare justerade sina glasrecept – kunde de sänka temperaturen vid vilken MOF-glas mjuknar och få det att flyta lättare vid upphettning. Detta skulle kunna förvandla en tillverkningsmardröm till en hanterbar dagdröm.

Dr. Dominik Kubicki från University of Birmingham uttryckte det elegant: ”Glas har varit en del av den mänskliga civilisationen i årtusenden. Från forntida Mesopotamien till moderna fiberoptiska kablar gör små mängder kemiska modifierare det lättare att bearbeta glas och ändra dess funktionella egenskaper.” Problemet med MOF-glas? De mjuknar bara vid höga temperaturer – över 300 °C – vilket är obehagligt nära den punkt där de börjar brytas ner. Denna nya upptäckt öppnar möjligheter för framtida högpresterande material utan härdsmälta.

Ett av stjärn-MOF-glasen, ZIF-62, är en porös underverk som kan smältas och kylas till glas samtidigt som det behåller sina inre porer – tänk på det som en schweizerost för molekyler. Professor Sebastian Henke från TU Dortmund förklarade att deras tillvägagångssätt är direkt inspirerat av hur konventionella silikatglas modifieras: ”att störa nätverksstrukturen för att justera smältbeteende och mekaniska egenskaper.”

För att ta reda på hur natrium gjorde sitt, använde forskare vid University of Birmingham (ledda av Drs. Dominik Kubicki och Benjamin Gallant) atomära studier och högtemperatur-fastfas-kärnmagnetisk resonansspektroskopi (NMR) vid UK High-Field Solid-State NMR Facility. Samtidigt använde ett annat Birmingham-team – lett av professor Andrew Morris och Dr. Mario Ongkiko – AI-driven beräkningsmodellering för att förstå de komplexa NMR-data. De maskininlärningsassisterade simuleringarna bekräftade att natrium inte bara hänger runt i materialets tomma utrymmen; det ersätter faktiskt några zinkatomer, vilket lossar glasstrukturen och ändrar dess egenskaper.

Nu när forskarna har knäckt koden för att justera dessa material, erkänner de att mer arbete behövs för att förbättra stabilitet, förutsäga beteende och testa prestanda i verkliga teknologier. Men för tillfället är det ett halvfullt glas – av CO2, väte och hopp.

Studien involverade forskare från Technische Universität Dortmund, University of Birmingham, Ruhr-University Bochum, SRM University-AP, Technical University of Munich och University of Cambridge. Material tillhandahållet av University of Birmingham. (Innehållet kan ha redigerats för stil och längd, för även vetenskap behöver en trimning.)