这一举动会让美索不达米亚的玻璃吹制工赞许地点头(如果他们知道碳捕获是什么的话),科学家们将一种用于普通玻璃已有数千年的化学技巧应用于一种名为金属有机框架(MOF)玻璃的太空时代材料。可以把MOF玻璃想象成金属原子和有机分子的爱情结晶——一种多孔、高科技的海绵,非常擅长捕获二氧化碳和氢气等气体,甚至能从空气中夺取水分。

这个由多特蒙德工业大学和伯明翰大学的精英组成的国际团队于5月4日在《自然化学》上发表了他们的发现。他们发现,通过添加含有钠或锂的微小化合物——类似于古代工匠调整玻璃配方的方式——可以降低MOF玻璃软化的温度,使其在加热时更容易流动。这可以将制造噩梦变成可控的白日梦。

伯明翰大学的Dominik Kubicki博士优雅地解释道:“玻璃已经成为人类文明的一部分数千年。从古代美索不达米亚到现代光纤电缆,少量的化学改性剂使玻璃更容易加工并改变其功能特性。”MOF玻璃的问题在于?它们只在高温下软化——高于300°C——这接近它们开始降解的温度。这一新发现为未来的高性能材料打开了可能性,而不会发生熔毁。

其中一种明星MOF玻璃ZIF-62是一种多孔奇迹,可以熔化和冷却成玻璃,同时保持其内部孔隙——把它想象成分子版的瑞士奶酪。多特蒙德工业大学的Sebastian Henke教授解释说,他们的方法直接受到传统硅酸盐玻璃改性方式的启发:“破坏网络结构以调节熔融行为和机械性能。”

为了弄清楚钠的作用,伯明翰大学的研究人员(由Dominik Kubicki博士和Benjamin Gallant博士领导)使用原子级研究和英国高场固态核磁共振设施的高温固态核磁共振(NMR)光谱。与此同时,另一个伯明翰团队——由Andrew Morris教授和Mario Ongkiko博士领导——部署了人工智能驱动的计算模型来解释复杂的NMR数据。机器学习辅助模拟证实,钠不仅仅在材料的空腔中闲逛;它实际上取代了一些锌原子,松动了玻璃结构并改变了其性能。

既然科学家们已经破解了调整这些材料的密码,他们承认还需要更多工作来提高稳定性、预测行为,并在现实技术中测试性能。但就目前而言,这是一个半满的玻璃杯——装满了二氧化碳、氢气和希望。

这项研究涉及来自多特蒙德工业大学、伯明翰大学、波鸿鲁尔大学、SRM大学-AP、慕尼黑工业大学和剑桥大学的研究人员。材料由伯明翰大学提供。(内容可能因风格和长度进行了编辑,因为即使是科学也需要修剪。)