p Cientistas do Instituto de Tecnologia de Tóquio exploram um método novo e simplista para sintetizar dióxido de manganês com uma estrutura cristalina específica chamada β-MnO ₂ . Seu estudo lança luz sobre como diferentes condições de síntese podem produzir dióxido de manganês com estruturas porosas distintas, sugerindo uma estratégia para o desenvolvimento de MnO altamente sintonizado ₂ nanomateriais que podem servir como catalisadores na fabricação de bioplásticos. p A engenharia de materiais avançou a um ponto em que não estamos apenas preocupados com a composição química de um material, mas também sobre sua estrutura a nível nanométrico. Os materiais nanoestruturados recentemente chamaram a atenção de pesquisadores de vários campos e por boas razões; seu físico, óptico, e as características elétricas podem ser ajustadas e levadas ao limite, uma vez que métodos para adaptar sua nanoestrutura estejam disponíveis.

p Dióxido de manganês (fórmula química MnO ₂ ) óxido de metal nanoestruturado que pode formar muitas estruturas cristalinas diferentes, com aplicações em vários campos da engenharia. Um uso importante de MnO ₂ é como um catalisador para reações químicas, e uma estrutura cristalina particular de MnO ₂ , chamado β-MnO ₂ , é excepcional para a oxidação de 5-hidroximetilfurfural em 2, Ácido 5-furanodicarboxílico (FDCA). Como o FDCA pode ser usado para produzir bioplásticos ecológicos, encontrar maneiras de ajustar a nanoestrutura de β-MnO ₂ maximizar seu desempenho catalítico é crucial.

p Contudo, produzindo β-MnO ₂ é difícil em comparação com outro MnO ₂ estruturas cristalinas. Os métodos existentes são complicados e envolvem o uso de materiais de modelo nos quais β-MnO ₂ 'cresce' e termina com a estrutura desejada após várias etapas. Agora, pesquisadores do Instituto de Tecnologia de Tóquio liderados pelo Prof. Keigo Kamata exploram uma abordagem sem modelo para a síntese de diferentes tipos de β-MnO porosos ₂ nanopartículas.

p Seu método, descrito em seu estudo publicado em Materiais e interfaces aplicados ACS , é extremamente simples e conveniente. Primeiro, Os precursores de Mn são obtidos misturando soluções aquosas e deixando os sólidos precipitarem. Após filtração e secagem, os sólidos coletados são submetidos a uma temperatura de 400 ° C em uma atmosfera de ar normal, um processo conhecido como calcinação. Durante esta etapa, o material cristaliza e o pó preto obtido posteriormente é mais de 97% de β-MnO poroso ₂ .

p Mais notavelmente, os pesquisadores descobriram que este β-MnO poroso ₂ para ser muito mais eficiente como um catalisador para a síntese de FDCA do que o β-MnO ₂ produzido usando uma abordagem mais difundida chamada de 'método hidrotérmico.' Para entender por que, eles analisaram o produto químico, microscópico, e características espectrais de β-MnO ₂ nanopartículas produzidas em diferentes condições de síntese.

p Eles descobriram que β-MnO ₂ pode assumir morfologias marcadamente diferentes de acordo com certos parâmetros. Em particular, ajustando a acidez (pH) da solução na qual os precursores são misturados, β-MnO ₂ nanopartículas com grandes poros esféricos podem ser obtidas. Esta estrutura porosa tem uma área de superfície maior, proporcionando assim um melhor desempenho catalítico. Animado com os resultados, Kamata comenta:"Nosso β-MnO poroso ₂ nanopartículas poderiam catalisar eficientemente a oxidação de HMF em FDCA em nítido contraste com β-MnO ₂ nanopartículas obtidas pelo método hidrotérmico. Controle fino adicional da cristalinidade e / ou estrutura porosa de β-MnO ₂ pode levar ao desenvolvimento de reações oxidativas ainda mais eficientes. "

p O que mais, este estudo forneceu muitas informações sobre como as estruturas porosas e de túnel são formadas em MnO ₂ , que pode ser a chave para estender seus aplicativos, como Kamata afirma:"Nossa abordagem, que envolve a transformação de precursores de Mn em MnO ₂ não na fase líquida (método hidrotérmico), mas sob uma atmosfera de ar, é uma estratégia promissora para a síntese de vários MnO ₂ nanopartículas com estruturas em túnel. Estes podem ser aplicáveis ​​como materiais funcionais versáteis para catalisadores, sensores químicos, baterias de íon-lítio, e supercondensadores ”. Estudos adicionais como este nos permitirão um dia aproveitar todo o potencial que os materiais nanoestruturados têm a oferecer.