Crédito:Tecnología de Tokio
Los óxidos de manganeso han recibido mucha atención por parte de los científicos de materiales debido a sus aplicaciones generalizadas que incluyen electrodos, catalizadores, sensores, supercondensadores y biomedicina. Además, el manganeso es muy abundante y tiene muchos estados de oxidación, lo que le permite formar varias estructuras cristalinas interesantes.
Una de esas estructuras es el "tamiz molecular octaédrico octaédrico de óxido de manganeso de tipo todorokita (OMS-1)", un cristal cuyas celdas unitarias (unidades repetitivas más simples del cristal) consisten en tres por tres MnO6 cadenas octaédricas. Aunque prometedor como catalizador, el potencial de OMS-1 está limitado por dos razones. Primero, sus métodos de síntesis convencionales son procesos complejos de cristalización de múltiples pasos que involucran tratamiento hidrotermal o de reflujo. En segundo lugar, estos procesos tienden a crear cristales con un tamaño de partícula más alto y un área de superficie más baja, características perjudiciales para el rendimiento catalítico.
En un esfuerzo reciente por eludir estos problemas, un equipo de investigación del Instituto de Tecnología de Tokio (Tokyo Tech) ideó una forma sencilla de sintetizar nanopartículas OMS-1. Dirigido por el profesor asociado Keigo Kamata, el equipo descubrió que la clave para producir fácilmente OMS-1 de alta calidad era usar precursores con baja cristalinidad. Su estudio fue publicado en el Journal of the American Chemical Society . Además, la ilustración científica de este estudio, creada por el Dr. Kamata, fue seleccionada como portada complementaria de la revista.
Los investigadores llamaron a su nuevo procedimiento de síntesis "método de transformación de estado sólido". En él, primero se deben combinar soluciones de MnO4 – y Mn 2+ reactivos, como Mg(MnO4 )2 y MnSO4 , en proporciones específicas. Después de ajustar el pH de la mezcla, es necesario recolectar los precipitados una vez que se asienten. Estos consisten principalmente en Mg-buserita de baja cristalinidad, un tipo de óxido de manganeso en capas. A continuación, la buserita se calcina a 200 °C durante 24 horas, lo que la transforma en nanopartículas de OMS-1.
A través de varios experimentos realizados con equipos avanzados, el equipo caracterizó minuciosamente el OMS-1 que produjeron. Determinaron los parámetros óptimos para obtener el mayor rendimiento de la reacción y la mejor calidad OMS-1. Un aspecto destacable de las nanopartículas de OMS-1 preparadas fue su área de superficie, como destacó el Dr. Kamata:"Nuestro catalizador exhibió un área de superficie específica de aproximadamente 250 m 2 /g, que es mucho más grande que el de OMS-1 sintetizado utilizando métodos informados anteriormente, que solo subió a 185 m 2 /g."
Para poner a prueba el OMS-1 sintetizado, los investigadores investigaron su rendimiento catalítico para varias reacciones de oxidación de alcohol con oxígeno (O2 ) como único oxidante. Los resultados fueron muy alentadores. El Dr. Kamata comenta:"El OMS-1 sintetizado a través de nuestro enfoque es un catalizador heterogéneo eficaz y reutilizable para la oxidación de varios tipos de alcoholes aromáticos y sulfuros. A pesar de que nuestras nanopartículas son ultrapequeñas, no mostraron compensación entre el área superficial , tamaño de partícula y rendimiento catalítico".
En general, los hallazgos de este estudio arrojan luz sobre cómo controlar mejor la síntesis de nanopartículas de óxido de manganeso. Se espera que estos conocimientos conduzcan no solo a catalizadores altamente eficientes, sino también a nuevos materiales funcionales basados en óxido de manganeso con aplicaciones prácticas. El catalizador reutilizable hace que la oxidación de enlaces C-H con oxígeno sea más fácil y eficiente
