Os óxidos de manganês têm recebido muita atenção dos cientistas de materiais devido às suas amplas aplicações, incluindo eletrodos, catalisadores, sensores, supercapacitores e biomedicina. Além disso, o manganês é amplamente abundante e possui muitos estados de oxidação, o que lhe permite formar várias estruturas cristalinas interessantes.
Uma dessas estruturas é a "peneira molecular octaédrica de óxido de manganês do tipo todoroquita (OMS-1)", um cristal cujas células unitárias (unidades de repetição mais simples do cristal) consistem em três por três MnO₆ cadeias octaédricas. Embora promissor como catalisador, o potencial do OMS-1 é limitado por duas razões. Primeiro, seus métodos de síntese convencionais são processos complexos de cristalização de várias etapas envolvendo tratamento hidrotérmico ou de refluxo. Em segundo lugar, esses processos tendem a criar cristais com maior tamanho de partícula e menor área superficial, características prejudiciais ao desempenho catalítico.

Em um esforço recente para contornar esses problemas, uma equipe de pesquisa do Instituto de Tecnologia de Tóquio (Tokyo Tech) apresentou uma maneira simples de sintetizar nanopartículas de OMS-1. Liderada pelo professor associado Keigo Kamata, a equipe descobriu que a chave para produzir facilmente OMS-1 de alta qualidade era usar precursores com baixa cristalinidade. Seu estudo foi publicado no Journal of the American Chemical Society . Além disso, a ilustração científica deste estudo, criada pelo Dr. Kamata, foi selecionada como Arte de Capa Suplementar para a revista.

Os pesquisadores chamaram seu novo procedimento de síntese de "método de transformação de estado sólido". Nela, primeiro é preciso combinar soluções de MnO₄ ^– e Mn ²⁺ reagentes, como Mg(MnO₄ )₂ e MnSO₄ , em proporções específicas. Após o ajuste do pH da mistura, é necessário coletar os precipitados assim que assentarem. Estes consistem principalmente em Mg-buserita de baixa cristalinidade, um tipo de óxido de manganês em camadas. A buserita é então calcinada a 200°C por 24 horas, que a transforma em nanopartículas OMS-1.

Através de vários experimentos realizados com equipamentos avançados, a equipe caracterizou minuciosamente o OMS-1 que eles produziram. Eles determinaram os parâmetros ideais para obter o maior rendimento da reação e a melhor qualidade OMS-1. Um aspecto notável das nanopartículas de OMS-1 preparadas foi sua área de superfície, conforme destacado pelo Dr. Kamata:"Nosso catalisador exibiu uma área de superfície específica de cerca de 250 m ² /g, que é muito maior que o do OMS-1 sintetizado usando métodos relatados anteriormente, que só chegou a 185 m ² /g."

Para testar o OMS-1 sintetizado, os pesquisadores investigaram seu desempenho catalítico para várias reações de oxidação de álcool com oxigênio (O₂ ) como o único oxidante. Os resultados foram altamente animadores. Dr. Kamata comenta:"O OMS-1 sintetizado através de nossa abordagem é um catalisador heterogêneo eficaz e reutilizável para a oxidação de vários tipos de álcoois e sulfetos aromáticos. , tamanho de partícula e desempenho catalítico."

No geral, as descobertas deste estudo lançam luz sobre como controlar melhor a síntese de nanopartículas de óxido de manganês. Espera-se que esses insights levem não apenas a catalisadores altamente eficientes, mas também a novos materiais funcionais baseados em óxido de manganês com aplicações práticas. + Explorar mais

O catalisador reutilizável torna a oxidação da ligação C–H usando oxigênio mais fácil e eficiente