在光电器件领域，可以利用配位网络的孔隙来传输离子，进而利用其均匀性、易加工性和良好的界面接触性来制备新型固体电解质。
这使得基于固态离子传输的光电装置的发展成为可能，例如变色装置、传感器装置和固态电化学发光装置。
相关论文《透明高多孔氧化铝网状成型玻璃》（及高多孔）于近期发表。
张子慧为第一作者，赵英博为通讯作者。
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一块微小的玻璃为何会成为125个基本科学难题之一？
玻璃是一种常见的物质，加热时可以流动、成型，冷却时则变得坚硬、透明。
玻璃物质背后的物理机制也是一个重要的基础科学问题，被评为125个最重要的基础科学问题之一。
研究团队表示：这项研究的主要目标是合成具有高微孔率和透明度的配位网络玻璃。
配位网络玻璃的研究起源于晶体金属有机骨架的研究，早在2000年左右，由有机配体与金属团簇连接形成的晶体金属有机骨架就表现出非常高的孔隙率和表面积。
具体来说，1g 金属有机骨架的表面积可与足球场一样大。
2010年左右，人们发现一些金属有机骨架在加热过程中会坍塌成为非晶态，而在一定条件下能够发生玻璃化转变，从而形成均匀的配位网络玻璃。
从此，配位网络玻璃逐渐成为无机化学研究和材料化学研究的一个前沿方向。
由于结晶的金属有机骨架具有较高的孔隙率，人们自然对配位网络玻璃的孔隙率抱有很高的期望。
基于科学家在1932年描述的二氧化硅玻璃结构随机连续网络模型，可以想象，只要将此结构模型中的硅和氧原子分别用金属团簇和有机配体取代，所得到的结构既具有氧化物玻璃的均匀透明性，又具有金属有机骨架的高孔隙率。
但合成此类多孔玻璃的难度很大，因为玻璃是液体淬火的产物，结构与液体十分相似，液体本身很难出现孔隙，因此玻璃的孔隙也很难获得。
另一方面，玻璃的制备需要相应的液体，分子可以在液体中自由移动，但由于配位键的刚性和交联度较高，配位网络限制了分子的运动，使其很难液化。
传统的无机氧化物可以通过高温来克服化学键对原子运动的限制，但配位网络中的有机配体因无法承受如此高的温度而发生分解。
针对这一问题，本研究以多元醇配体与氧化铝团簇形成的配位网络为模型体系，开发了多孔配位网络玻璃合成的通用策略。
该策略的核心是引入灵活、大型的空间网络调节剂，其可与金属团簇协同作为成孔模板。
在配位网络合成过程中，调节剂通过配位交换，降低网络的连通性，促进分子运动的自由度，促使其液化，从而解决了配位网络不易液化和玻璃化的问题。
同时，调节剂较大的空间位阻可以作为孔模板，在合成过程中占据孔道防止坍塌，并在配位网络合成后通过溶剂交换逸出，从而释放出孔道用于气体吸附。
这样，可以同时实现更高的孔隙率和更高的玻璃形成能力。
基于此策略，研究团队选取的氧化铝簇-多元醇体系还表现出环境友好、合成温度低、质轻密度低、能够制备更高透明度玻璃等特性。
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如果你继续思考，它会产生影响：一项横跨中美的研究
这一研究想法的起源，可以追溯到2015年底，当时赵英博还是加州大学伯克利分校一名四年级的博士生。
当时，美国亚利桑那州立大学世界著名的玻璃研究科学家奥斯顿·安吉尔（ ）教授正在加州大学伯克利分校短暂访问，并看望在该大学读书的儿子。
赵英博的博士生导师是Omar Yaghi教授，他也是赵英博教授以前的同事和好友。
于是教授来到Yaghi教授的办公室聊天，双方谈到了一篇关于玻璃金属有机骨架的论文，以及教授早期合成钛苯酚配位网络玻璃的一些尝试。
该教授称，他在2010年左右也观察到，钛源与双酚配体在间甲酚中能形成良好的溶液，虽然能通过蒸发溶剂得到块状物，但无法测量孔隙率，玻璃化转变也不清楚。
随后，Yaghi教授建议赵英博继续讲授该课题，经过近一年的研究，赵英博意识到在这个看似简单的合成中，钛会形成钛氧金属团簇，而甲酚则起到了网络调节剂的作用。
基于这些认识，他找到了实现更高孔隙率的方法，相关论文于2016年发表在JACS上。
从某种角度来说，这也是第一篇介绍孔道内可通气体的配位网络玻璃的论文，论文发表后，赵英博受到了广泛关注。
2017年春，欧洲著名无机化学家和玻璃科学家、英国剑桥大学教授乔治·内维尔·格里夫斯（ ，G.）到加州大学伯克利分校进行访问（注：该教授为该论文的通讯作者，该论文后来成为该领域最重要的里程碑式工作之一）。
该教授对赵英博在JACS论文中提出的玻璃化转变证据和机制提出了质疑，并表示他的同事对这个机制也不是特别了解。
经过赵英博的详细讲解，教授觉得这个机制还是挺合理的，后来教授还在自己的书《of glass》中引用了赵英博的JACS论文。
当时，赵英博想更清楚地解释合成方法和思路，特别是孔隙率和玻璃化转变。
次年，他在赵英博教授和Yaghi教授的指导下，尝试以铝为金属源合成配位网络玻璃。
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欣然同意写推荐信的学长其实已经是癌症晚期
很快，赵英博博士毕业，开始从事博士后研究，这个项目也暂时搁置了。2021年回国工作后，他最想完成的就是这个未完成的项目。
当时，两位教授均已去世，他觉得这个作品是对前辈的一种告慰和怀念。
开展此项工作时，赵英博课题组只有三名硕士生，考虑到他们都有其他项目在手，因此这个项目就只有他和张子慧两人完成。
实验方法延续了2016年论文的方法，但增加了研究的系统性，并尝试了更多类型的配体和调节剂。
最终他们获得了既有清晰的玻璃化转变，又具有破纪录孔隙率的透明玻璃，比表面积达到500g/平方米，比较圆满地回答了教授在2017年与赵英博讨论的问题。
前面提到，这个作品源于赵英博与教授的合作，2021年赵英博准备回国工作时，曾请教授帮忙写推荐信，后者爽快地答应，并很快写好。
当时，赵英博并不知道教授已是癌症晚期，收到推荐信三周后，赵英博收到了教授的讣告。
“我当时非常惊讶，教授去世的时候已经89岁了，但是他还在坚持做研究，而且非常关心、支持年轻学者，我很钦佩他。”赵英博说。
2023年在日本举办的会议上，第一个议程就是纪念教授，在场数百人中，有不少人得到过教授的支持和关心，也有不少人与教授有着共同的回忆和友谊。
“教授一生淡泊名利，但在如此大的国际研究领域里，却在学术上、情感上被铭记，这让我这个学弟学妹很感动。”赵英博说。
人走了，作为后辈，赵英博会继续努力，以更好的工作来缅怀前辈。
配位网络玻璃是他和团队的主要研究方向之一，未来他们将更加系统地研究和探讨网络调控因子在配位网络玻璃形成能力中的作用。
它还将开发整个“系列”配位网络玻璃，以及固态电解质和光电器件等领域的新应用。
同时他们计划将AI应用于配位网络玻璃的玻璃形成能力和稳定性研究，建立基于描述符的玻璃化转变温度和玻璃形成能力的预测模型。
这使得玻璃结构建模可以相互关联，以探索有关玻璃材料形成性质的科学问题。
参考：
1.Zhang，Z.，Zhao，Y.和高--.Nat，7339 (2024).
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