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  • Camino, forma y forma:las condiciones de síntesis definen la nanoestructura del dióxido de manganeso

    Aceleración de la reacción química por β-MnO 2 catalizador en el nanoespacio de las partículas. Crédito:Keiko Kamata, Instituto de Tecnología de Tokio

    Científicos del Instituto de Tecnología de Tokio exploran un método novedoso y simplista para sintetizar dióxido de manganeso con una estructura cristalina específica llamada β-MnO 2 . Su estudio arroja luz sobre cómo diferentes condiciones de síntesis pueden producir dióxido de manganeso con distintas estructuras porosas. insinuando una estrategia para el desarrollo de MnO altamente afinado 2 nanomateriales que podrían servir como catalizadores en la fabricación de bioplásticos.

    La ingeniería de materiales ha avanzado hasta un punto en el que no solo nos preocupa la composición química de un material, sino también sobre su estructura a nivel nanométrico. Los materiales nanoestructurados han atraído recientemente la atención de investigadores de una variedad de campos y por una buena razón; su físico, óptico, y las características eléctricas se pueden ajustar y llevar al límite una vez que estén disponibles los métodos para adaptar su nanoestructura.

    Dióxido de manganeso (fórmula química MnO 2 ) óxido de metal nanoestructurado que puede formar muchas estructuras cristalinas diferentes, con aplicaciones en varios campos de la ingeniería. Un uso importante de MnO 2 es como catalizador de reacciones químicas, y una estructura cristalina particular de MnO 2 , llamado β-MnO 2 , es excepcional para la oxidación de 5-hidroximetilfurfural en 2, Ácido 5-furandicarboxílico (FDCA). Debido a que FDCA se puede utilizar para producir bioplásticos respetuosos con el medio ambiente, encontrar formas de ajustar la nanoestructura de β-MnO 2 maximizar su rendimiento catalítico es crucial.

    Sin embargo, produciendo β-MnO 2 es difícil en comparación con otros MnO 2 estructuras cristalinas. Los métodos existentes son complicados e implican el uso de materiales de plantilla en los que el β-MnO 2 'crece' y termina con la estructura deseada después de varios pasos. Ahora, Investigadores del Instituto de Tecnología de Tokio dirigidos por el profesor Keigo Kamata exploran un enfoque sin plantillas para la síntesis de diferentes tipos de β-MnO poroso 2 nanopartículas.

    -Científicos del Instituto de Tecnología de Tokio exploran un método novedoso y simplista para sintetizar dióxido de manganeso con una estructura cristalina específica llamada β-MnO 2 . Su estudio arroja luz sobre cómo diferentes condiciones de síntesis pueden producir dióxido de manganeso con distintas estructuras porosas. insinuando una estrategia para el desarrollo de MnO altamente afinado 2 nanomateriales que podrían servir como catalizadores en la fabricación de bioplásticos. Crédito:Keigo Kamata, Instituto de Tecnología de Tokio

    Su método, descrito en su estudio publicado en Interfaces y materiales aplicados ACS , es extraordinariamente simple y conveniente. Primero, Los precursores de Mn se obtienen mezclando soluciones acuosas y dejando precipitar los sólidos. Después de filtrar y secar, los sólidos recogidos se someten a una temperatura de 400 ° C en una atmósfera de aire normal, un proceso conocido como calcinación. Durante este paso, el material cristaliza y el polvo negro obtenido posteriormente es más del 97% de β-MnO poroso 2 .

    Más destacado, los investigadores encontraron este β-MnO poroso 2 para ser mucho más eficiente como catalizador para sintetizar FDCA que el β-MnO 2 producido utilizando un enfoque más generalizado llamado "método hidrotermal". Para entender por qué analizaron el químico, microscópico, y características espectrales de β-MnO 2 nanopartículas producidas en diferentes condiciones de síntesis.

    Encontraron que β-MnO 2 puede adoptar morfologías marcadamente diferentes según determinados parámetros. En particular, ajustando la acidez (pH) de la solución en la que se mezclan los precursores, β-MnO 2 Se pueden obtener nanopartículas con grandes poros esféricos. Esta estructura porosa tiene una mayor superficie, proporcionando así un mejor rendimiento catalítico. Emocionado por los resultados, Kamata comenta:"Nuestro poroso β-MnO 2 Las nanopartículas podrían catalizar eficientemente la oxidación de HMF en FDCA en marcado contraste con β-MnO. 2 nanopartículas obtenidas mediante el método hidrotermal. Mayor control fino de la cristalinidad y / o estructura porosa de β-MnO 2 podría conducir al desarrollo de reacciones oxidativas aún más eficientes ".

    Y lo que es más, Este estudio proporcionó mucha información sobre cómo se forman las estructuras porosas y de túnel en MnO 2 , que podría ser clave para ampliar sus aplicaciones, como afirma Kamata:"Nuestro enfoque, que implica la transformación de precursores de Mn en MnO 2 no en fase líquida (método hidrotermal) sino bajo atmósfera de aire, es una estrategia prometedora para la síntesis de varios MnO 2 nanopartículas con estructuras de túnel. Estos podrían ser aplicables como materiales funcionales versátiles para catalizadores, sensores químicos, baterías de iones de litio, y supercondensadores ". Es de esperar que estudios como este nos permitan algún día aprovechar todo el potencial que ofrecen los materiales nanoestructurados.


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