Forskare har använt sig av en flera hundra år gammal kemisk princip för att finjustera en ny typ av glas tillverkat av metallorganiska strukturer (MOF) – metallatomer som är sammanbundna av organiska molekyler – som effektivt binder gaser som koldioxid och väte och till och med kan binda vatten.
I en artikel om sina resultat i Nature Chemistry visar ett internationellt forskarteam, med forskare från TU Dortmund och University of Birmingham, att MOF-glas kan anpassas och tillverkas på samma sätt som traditionellt glas.
Forskarna upptäckte att tillsats av små kemiska föreningar innehållande natrium eller litium till glaset förändrar dess beteende och struktur. Kemikalierna sänker den temperatur vid vilken glaset mjuknar och förändrar hur lätt det flyter när det värms upp, vilket underlättar tillverkningen.
Upptäckten ger en ny designram för tillverkning av skräddarsydda MOF-glas för avancerade tekniska tillämpningar. Processen kan öppna upp nya möjligheter för högpresterande material som används inom gasseparation, kemikalielagring och avancerade beläggningar.
Dr Dominik Kubicki från University of Birmingham säger: ”Glas har varit en del av den mänskliga civilisationen i årtusenden. Från det forntida Mesopotamien till moderna fiberoptiska kablar gör små mängder kemiska modifierare det enklare att bearbeta glas och ändra dess funktionella egenskaper.
”MOF-glas mjuknar dock endast vid höga temperaturer – över 300 °C – nära deras nedbrytningstemperatur, vilket gör tillverkningen utmanande och begränsar en bredare användning. Denna upptäckt öppnar upp nya möjligheter för framtida högpresterande material.”
Ett av de mest kända exemplen på MOF-glas är ZIF-62, ett poröst material som kan smältas och kylas till glas samtidigt som det behåller en del av sin inre porositet, vilket gör det attraktivt för tillämpningar inom gasseparation, membran och katalys.
Professor Sebastian Henke från TU Dortmund University säger: ”Vår metod är inspirerad av hur konventionella silikatglas har modifierats: genom att störa nätverksstrukturen för att justera smältbeteendet och de mekaniska egenskaperna.
Vår studie visar att samma princip kan överföras till hybridglas av metallorganiska föreningar. Detta framsteg för MOF-glas ett steg närmare verklig tillverkning och tillämpningar inom gasseparation, lagring, katalys och mycket mer.”
För att förstå hur natriumtillsatserna förändrar glasets inre struktur krävdes avancerade karakteriseringstekniker. Forskare vid University of Birmingham – ledda av dr Dominik Kubicki och dr Benjamin Gallant – bidrog med väsentlig analys på atomnivå av den modifierade glasstrukturen, samt genomförde högtemperatur-NMR-spektroskopi (kärnmagnetisk resonans) i fast tillstånd vid UK High-Field Solid-State NMR Facility.
Detta arbete gjorde det möjligt för teamet att förstå exakt hur natriumjoner integreras i glasnätverket och hur de stör dess konnektivitet.
Forskare vid Birmingham, ledda av professor Andrew Morris och dr Mario Ongkiko, använde AI-driven datormodellering för att tolka komplexa NMR-data. Simuleringar med hjälp av maskininlärning avslöjade hur natrium interagerade med glasstrukturen – en avgörande validering av de experimentella observationerna.
De experimentella och beräkningsmässiga insikterna visade att natrium inte bara fyller tomma utrymmen, utan tar platsen för vissa zinkatomer, vilket försiktigt luckrar upp strukturen.
Nu när man vet hur man kan justera dessa glas på kraftfulla sätt rekommenderar studien att mer forskning krävs för att lära sig hur man gör materialen mer stabila, bättre kan förutsäga deras beteende och testa hur användbara de är i verkliga teknologier.
Publiceringsuppgifter
Pascal Kolodzeiski et al, Alkali-Ion-Modified Zeolitic Imidazolate Framework Glasses, Nature Chemistry (2026). DOI: 10.1038/s41557-026-02115-8. www.nature.com/articles/s41557-026-02115-8
