MOF-Gläser, hybride Strukturen, die Metallatome und organische Moleküle zusammenfügen, können Gase wie CO₂ oder Wasserstoff einfangen. Das Problem? Diese Materialien zersetzen sich bei hohen Temperaturen schnell, was ihre Formgebung erschwert. Doch Forscher haben eine ebenso einfache wie geniale Lösung gefunden, inspiriert von der Antike und mit Hilfe einer KI.
Das internationale Team, dem Wissenschaftler der Universität Dortmund und der Universität Birmingham angehören, veröffentlichte seine Ergebnisse in
Nature Chemistry. Ihre Entdeckung zeigt, dass die Zugabe kleiner Mengen von Verbindungen auf Natrium- oder Lithiumbasis die Struktur und die Eigenschaften des MOF-Glases tiefgreifend verändert. Diese Zusätze senken die Erweichungstemperatur ohne Zersetzung und erleichtern so die Herstellung.
Sorgfältig ausgewählte chemische Zusätze verändern das Verhalten von MOF-Gläsern und helfen, deren Umwandlung zu kontrollieren.
Bildnachweis: Shutterstock Dieser Ansatz ist direkt von der Art und Weise inspiriert, wie Silikatgläser seit der Antike verbessert wurden. Durch die Störung des inneren Netzwerks werden der Schmelzpunkt und die mechanischen Eigenschaften angepasst. Dr. Dominik Kubicki von Birmingham erklärt, dass MOF-Gläser wie ZIF-62 oberhalb von 300 °C erweichen, kurz bevor sie sich zersetzen. Dank dieser Zusätze erweitert sich das Umwandlungsfenster, was den Weg für praktische Anwendungen ebnet.
Um zu verstehen, wie Natrium die Struktur verändert, nutzten die Forscher fortschrittliche Techniken. Im Vereinigten Königreich wurde eine Hochtemperatur-Kernspinresonanzspektroskopie (NMR) durchgeführt. Parallel dazu ermöglichte die künstliche Intelligenz die Modellierung der komplexen Wechselwirkungen. Die Simulationen zeigten, dass Natrium nicht nur die Poren füllt: Es ersetzt manchmal Zinkatome, was die Struktur leicht lockert und ihr Verhalten verändert.
Diese Ergebnisse ermöglichen die Entwicklung maßgeschneiderter MOF-Gläser für Spitzentechnologien wie Gastrennung, chemische Speicherung oder Spezialbeschichtungen. Die Perspektiven sind vielversprechend.
Die Studie zeigt, dass uralte Prinzipien der Glasherstellung auf moderne Hybridmaterialien übertragen werden können. Dies bringt MOF-Gläser einer industriellen Fertigung und praktischen Anwendungen in den Bereichen Energie und Umwelt näher.
Quelle: Nature Chemistry