千年玻璃技藝賦能未來材料：MOF玻璃捕獲二氧化碳取得突破

千年玻璃技藝賦能未來材料：MOF玻璃捕獲二氧化碳取得突破

來源：ScienceDaily | 關鍵詞：MOF玻璃, 二氧化碳捕獲, 鈉改性, 金屬有機框架, 清潔能源

導讀：伯明翰大學領導的國際團隊在《自然·化學》上報告了一項突破：借鑒人類數千年來制造硅酸鹽玻璃的化學改性方法，成功改善了金屬有機框架（MOF）玻璃的性能。通過引入鈉或鋰離子，科學家降低了MOF玻璃的加工溫度，使其更容易制造，為氣體分離、碳捕獲和清潔能源應用打開了新大門。

古老的化學智慧遇見尖端材料

金屬有機框架（MOF）玻璃是由金屬原子通過有機分子連接構成的材料，因其能夠捕獲二氧化碳、氫氣甚至水分而備受重視。最著名的MOF玻璃之一是ZIF-62，它可以熔融并冷卻成玻璃，同時仍保留部分內部孔隙。然而，MOF玻璃僅在300°C以上的高溫下才軟化——接近其降解溫度，這使得制造變得困難。

伯明翰大學的Dominik Kubicki博士解釋道："玻璃已經成為人類文明的一部分數千年了。從古代美索不達米亞到現代光纖電纜，少量的化學改性劑使得玻璃更容易加工并改變其功能性質。這一發現為未來高性能材料開啟了新的可能性。"

AI和NMR聯手揭示原子級變化

伯明翰大學的研究人員使用高溫固態核磁共振（NMR）波譜和AI驅動的計算模型，對改性后的MOF玻璃結構進行了原子級研究。機器學習輔助的模擬顯示了鈉如何在原子水平上與玻璃相互作用。結果出乎意料：鈉的作用不僅僅是簡單地占據材料內部的空隙——一些鈉原子取代了鋅原子，略微松散了玻璃結構并改變了其性質。

多特蒙德工業大學的Sebastian Henke教授指出："我們的方法受到傳統硅酸鹽玻璃改性方式的啟發：破壞網絡結構以調節熔融行為和機械性能。這項研究表明同樣的原理可以轉移到雜化金屬-有機玻璃上。"

這一發現為設計用于氣體分離、化學儲存、先進涂層和清潔能源系統的定制化MOF玻璃創建了新的框架。研究人員表示，未來需要進一步提高材料穩定性、更準確地預測其行為，并評估在現實世界技術中的性能表現。

總結：國際研究團隊借鑒傳統玻璃制造數千年的經驗，通過堿金屬離子改性成功降低了MOF玻璃的加工溫度，使其更接近實際制造和應用。AI輔助的NMR分析揭示了鈉原子通過取代鋅原子參與玻璃網絡結構改造的微觀機制。該研究為MOF玻璃在碳捕獲、氣體分離和清潔能源領域的工程化應用奠定了基礎，發表于《自然·化學》。