Международная группа ученых разработала новый тип стекла на основе металлоорганических каркасных структур, способный эффективно улавливать углекислый газ, водород и воду. Результаты исследования, в котором приняли участие специалисты Дортмундского технического университета и Бирмингемского университета, опубликованы в журнале Nature Chemistry.
Читайте: Госдума планирует ввести несколько новых запретов
Исследователи показали, что свойства таких стекол можно изменять по аналогии с традиционными материалами, добавляя небольшие количества химических модификаторов. В частности, введение соединений с натрием или литием позволяет снизить температуру размягчения и влияет на текучесть при нагревании, что существенно упрощает производственный процесс.
Как отметил доктор Доминик Кубицки из Бирмингемского университета, стекло на протяжении тысячелетий оставалось важным материалом для человечества, а добавление модификаторов всегда играло ключевую роль в изменении его характеристик. При этом стекла на основе металлоорганических каркасных структур ранее размягчались только при температурах выше 300 градусов Цельсия, что затрудняло их обработку и ограничивало применение.
Одним из известных примеров таких материалов является ZIF-62 — пористое соединение, которое можно перевести в стеклообразное состояние, сохранив часть внутренней структуры. Это делает его перспективным для использования в мембранах, катализе и системах разделения газов.
Профессор Себастьян Хенке из Дортмундского технического университета подчеркнул, что предложенный подход основан на принципах, применяемых к силикатным стеклам, где изменение сетчатой структуры позволяет регулировать физические свойства. По его словам, аналогичный метод оказался эффективным и для гибридных металлоорганических материалов.
Для изучения структуры модифицированных стекол ученые использовали комплекс методов, включая твердотельную спектроскопию ядерного магнитного резонанса при высоких температурах. Это позволило определить, каким образом ионы натрия встраиваются в структуру материала и изменяют ее.
Дополнительно исследователи из Бирмингема применили вычислительное моделирование с использованием искусственного интеллекта для анализа полученных данных. Выяснилось, что натрий не только заполняет пустоты, но и частично замещает атомы цинка, ослабляя структуру стекла.
Авторы работы отмечают, что полученные результаты открывают возможности для создания материалов, пригодных для хранения и разделения газов, а также для разработки новых покрытий. В то же время они подчеркивают необходимость дальнейших исследований для оценки стабильности таких стекол и их применения в реальных условиях.
Читайте также: