Credito:Tokyo Tech
Gli ossidi di manganese hanno ricevuto molta attenzione dagli scienziati dei materiali a causa delle loro applicazioni diffuse tra cui elettrodi, catalizzatori, sensori, supercondensatori e biomedicina. Inoltre, il manganese è ampiamente abbondante e ha molti stati di ossidazione, che gli consentono di formare varie interessanti strutture cristalline.
Una di queste strutture è il "setaccio molecolare ottaedrico di ossido di manganese di tipo todorokite (OMS-1)", un cristallo le cui celle unitarie (unità ripetitive più semplici del cristallo) sono costituite da tre per tre MnO6 catene ottaedriche. Sebbene promettente come catalizzatore, il potenziale di OMS-1 è limitato da due ragioni. In primo luogo, i suoi metodi di sintesi convenzionali sono complessi processi di cristallizzazione multifase che coinvolgono il trattamento idrotermale o di reflusso. In secondo luogo, questi processi tendono a creare cristalli con una dimensione delle particelle maggiore e un'area superficiale inferiore, caratteristiche dannose per le prestazioni catalitiche.
In un recente tentativo di aggirare questi problemi, un team di ricerca del Tokyo Institute of Technology (Tokyo Tech) ha escogitato un modo semplice per sintetizzare nanoparticelle OMS-1. Guidato dal Professore Associato Keigo Kamata, il team ha scoperto che la chiave per produrre facilmente OMS-1 di alta qualità era usare precursori con bassa cristallinità. Il loro studio è stato pubblicato sul Journal of the American Chemical Society . Inoltre, l'illustrazione scientifica di questo studio, creata dal Dr. Kamata, è stata selezionata come copertina supplementare per la rivista.
I ricercatori hanno chiamato la loro nuova procedura di sintesi il "metodo di trasformazione allo stato solido". In esso, è necessario prima combinare soluzioni di MnO4 – e Mn 2+ reagenti, come Mg(MnO4 )2 e MnSO4 , a rapporti specifici. Dopo aver regolato il pH della miscela, è necessario raccogliere i precipitati una volta che si sono depositati. Questi sono costituiti principalmente da Mg-buserite a bassa cristallinità, un tipo di ossido di manganese stratificato. La buserite viene quindi calcinata a 200°C per 24 ore, trasformandola in nanoparticelle OMS-1.
Attraverso vari esperimenti eseguiti utilizzando apparecchiature avanzate, il team ha caratterizzato a fondo l'OMS-1 da loro prodotto. Hanno determinato i parametri ottimali per ottenere la massima resa della reazione e la migliore qualità OMS-1. Un aspetto notevole delle nanoparticelle OMS-1 preparate era la loro superficie, come evidenziato dal Dr. Kamata:"Il nostro catalizzatore mostrava un'area superficiale specifica di circa 250 m 2 /g, che è molto più grande di quello di OMS-1 sintetizzato usando i metodi precedentemente riportati, che arrivava solo a 185 m 2 /g."
Per mettere alla prova l'OMS-1 sintetizzato, i ricercatori hanno studiato le sue prestazioni catalitiche per varie reazioni di ossidazione dell'alcol con l'ossigeno (O2 ) come unico ossidante. I risultati sono stati molto incoraggianti. Il Dr. Kamata commenta:"L'OMS-1 sintetizzato attraverso il nostro approccio è un catalizzatore eterogeneo efficace e riutilizzabile per l'ossidazione di vari tipi di alcoli aromatici e solfuri. Nonostante le nostre nanoparticelle siano ultra-piccole, non hanno mostrato alcun compromesso tra la superficie , dimensione delle particelle e prestazioni catalitiche."
Nel complesso, i risultati di questo studio fanno luce su come controllare meglio la sintesi delle nanoparticelle di ossido di manganese. Si spera che queste intuizioni portino non solo a catalizzatori altamente efficienti, ma anche a nuovi materiali funzionali a base di ossido di manganese con applicazioni pratiche. + Esplora ulteriormente
