科學家借古法改良 MOF 氣體捕捉玻璃 降低軟化溫度助製造

科學家發現了一種方法，透過借鑒傳統玻璃製造中數百年歷史的原理，使新型氣體捕獲玻璃更容易製造。此進展有助於將金屬有機框架（MOF）玻璃推向碳捕獲、氫儲存及塗層等實際應用。研究團隊證實，添加少量鈉或鋰化合物可調節MOF玻璃在加熱時的行為。這些添加劑降低材料軟化的溫度，並改善其流動性，從而解決限制大規模生產的關鍵障礙。 MOF玻璃由金屬原子與有機分子連結而成，形成多孔結構，能捕獲氣體。

雖然前景看好，但它們通常在華氏572度（約攝氏300度）以上才軟化，此溫度接近開始降解的點，導致加工窗口狹窄。透過引入化學改質劑，研究人員鬆弛玻璃內部結構，使其更容易成型，同時保留功能特性。

降低溫度、改善流動

此方法類似傳統矽酸鹽玻璃的工程設計。小量添加劑破壞網絡結構，讓製造商控制熔融行為及機械性能。將相同概念應用於混合MOF玻璃，開闢全新設計途徑。伯明翰大學的Dominik Kubicki博士表示：「玻璃已融入人類文明數千年。從古美索不達米亞到現代光纖電纜，小量化學改質劑使玻璃更容易加工，並改變其功能特性。」 「然而，MOF玻璃僅在高溫 – 攝氏300度以上 – 軟化，此溫度接近降解點，令製造具挑戰性並限制廣泛應用。

此發現為未來高性能材料解鎖新可能性。」知名MOF玻璃ZIF-62可在熔融及冷卻時保留部分內部孔隙，適合氣體分離、膜及催化，但加工限制延緩其採用。 為了解添加劑作用，團隊使用高溫固態核磁共振實驗。測試顯示鈉離子如何融入玻璃網絡並改變結構。進一步AI驅動計算建模分析證實，鈉並非僅填充空隙，而是取代部分鋅原子，略鬆網絡並改善流動特性。多特蒙德工業大學的Sebastian Henke教授表示：「我們的途徑受傳統矽酸鹽玻璃改質啟發：破壞網絡結構以調節熔融行為及機械特性。

」 「本研究顯示相同原理可轉移至混合金屬有機玻璃。此進展使MOF玻璃更接近實際製造及氣體分離、儲存、催化等應用。」研究結果為設計具客製化特性的MOF玻璃提供框架。研究人員指需更多工作改善穩定性並預測實際應用表現。研究刊登於Nature Chemistry。