Starověká metoda mění výrobu futuristického skla: Snadnější zachycování CO2 a vodíku

Vědci objevili způsob, jak výrazně zjednodušit výrobu nové třídy skel schopných zachycovat plyny. Inspiraci našli v principu starém stovky let, který se používá při tradiční výrobě skla.

Vědci objevili způsob, jak výrazně zjednodušit výrobu nové třídy skel schopných zachycovat plyny. Inspiraci našli v principu starém stovky let, který se používá při tradiční výrobě skla. Tento pokrok by mohl přiblížit skla na bázi kovově-organických struktur (MOF) k reálnému využití v oblastech, jako je zachycování uhlíku, skladování vodíku a speciální povlaky.

Tým výzkumníků prokázal, že přidání malého množství sloučenin sodíku nebo lithia dokáže ovlivnit chování MOF skla při zahřívání. Tyto přísady snižují teplotu, při které materiál změkne, a zlepšují jeho tekutost. Tím se řeší klíčová překážka, která dosud omezovala velkovýrobu těchto slibných materiálů.

MOF skla jsou tvořena atomy kovů propojenými organickými molekulami, které vytvářejí porézní struktury schopné účinně zachycovat plyny. Ačkoliv jsou velmi perspektivní, obvykle měknou při teplotách nad 300 stupňů Celsia, což je blízko bodu, kdy se začínají rozkládat. Toto úzké teplotní okno značně ztěžovalo jejich zpracování.

Zavedením chemických modifikátorů se vědcům podařilo uvolnit vnitřní strukturu skla, což usnadňuje jeho tvarování, aniž by byly ohroženy jeho funkční vlastnosti. Tento přístup odráží způsob, jakým se upravují konvenční křemičitanová skla. Malé přísady narušují síťovou strukturu, což umožňuje výrobcům kontrolovat chování tání a mechanické vlastnosti. Aplikace stejné myšlenky na hybridní MOF skla otevírá novou cestu pro jejich design.

Dr. Dominik Kubicki z Birminghamské univerzity uvedl, že sklo je součástí lidské civilizace po tisíciletí a malé množství chemických modifikátorů vždy usnadňovalo jeho zpracování a měnilo jeho funkční vlastnosti. Dodal, že tento objev odemyká nové možnosti pro budoucí vysoce výkonné materiály. Pro pochopení mechanismu působení přísad tým využil experimenty s vysokoteplotní nukleární magnetickou rezonancí v pevném stavu a počítačové modelování řízené umělou inteligencí. Tyto analýzy ukázaly, že sodíkové ionty se integrují do skleněné sítě, nahrazují některé atomy zinku a tím ji mírně uvolňují, což zlepšuje tekutost.

Profesor Sebastian Henke z Technické univerzity v Dortmundu potvrdil, že jejich přístup je inspirován modifikací konvenčních křemičitanových skel a že stejný princip lze přenést i na hybridní kovově-organická skla. Tento pokrok přibližuje MOF skla o krok blíže k reálné výrobě a aplikacím v separaci plynů, skladování a katalýze. Zjištění poskytují rámec pro navrhování MOF skel s vlastnostmi na míru, ačkoliv je zapotřebí další práce na zlepšení stability a přesnější předpovědi jejich výkonu v praktických aplikacích. Studie byla publikována v prestižním časopise Nature Chemistry.