Диэнай
Pulsing
Группа исследователей из Токийского технологического института исследовала инновационную, но простую технологию получения диоксида марганца, которая имеет особую кристаллическую структуру, известную как β-MnO 2 .
Исследование дает лучшее понимание того, как различные условия синтеза могут привести к образованию диоксида марганца, который имеет четко выраженную пористую структуру, и предлагает подсказки для разработки чрезвычайно модифицированных наноматериалов MnO 2 которые потенциально могут выступать в качестве катализаторов при разработке биопластика.
Материаловедение развилось до такой степени, что люди обеспокоены химическим составом материала, а также его структурой в нанометрическом масштабе.
В последнее время наноструктурные материалы вызвали большой интерес у ученых, работающих над широким спектром областей и по уважительной причине; электрические, оптические и физические свойства наноструктурированных материалов могут быть скорректированы и доведены до предела, как только появятся методы для настройки их наноструктуры.
Диоксид марганца, химическая формула которого MnO 2 представляет собой наноструктурированный оксид металла, способный образовывать несколько различных кристаллических структур. Он используется во многих областях техники.
Среди них MnO 2 в основном используется в качестве катализатора химических реакций, а β-MnO 2 – специфическая кристаллическая структура MnO 2 – отлично подходит для окисления 5-гидроксиметилфурфурола в 2,5-фурандикарбоновую кислоту или FDCA.
Поскольку FDCA можно использовать для создания экологически чистых биопластиков, необходимо определить новые методы для корректировки наноструктуры β-MnO 2 для повышения его каталитических свойств.
Но трудно создать β-MnO 2 по сравнению с другими кристаллическими структурами MnO 2 . Распространенные методы не только сложны, но и требуют использования шаблонных материалов. β-MnO 2 «растет» на этих материалах-шаблонах и в результате приобретает необходимую структуру после многих этапов.
В настоящее время исследовательская группа из Токийского технологического института под руководством профессора Кейго Камата исследовала метод без шаблонов для получения различных видов пористых β-MnO 2 наночастиц.
Методика исследователей, подробно описанная в исследовании, опубликованном в журнале ACS Applied Materials & Interfaces поразительно проста и легка. Предшественники марганца первоначально получают путем объединения водных растворов и обеспечения осаждения твердых частиц.
Как только процедуры фильтрации и сушки завершены, собранные таким образом твердые вещества подвергаются воздействию температуры 400 ° С в обычном атмосферном воздухе, процедура, называемая прокаливанием. Во время этого процесса материал кристаллизуется, и полученный черный порошок составляет более 97% пористого β-MnO 2 .
Самое важное, что ученые обнаружили, что когда этот пористый β-MnO 2 используется в качестве катализатора, он относительно более эффективен для получения FDCA по сравнению с β-MnO 2 синтезированы с использованием более обширной методики, известной как « гидротермальный метод ».
Чтобы выяснить причину этого, исследователи изучили спектральные, микроскопические и химические свойства наночастиц β-MnO 2 созданных в различных условиях синтеза.
Команда обнаружила, что β-MnO 2 может принимать разную морфологию в соответствии с конкретными параметрами. В частности, ученые могут получать наночастицы MnO 2 с огромными сферическими порами, просто изменяя кислотность (pH) раствора, где объединяются предшественники. Пористая структура, подобная этой, имеет более высокую площадь поверхности, тем самым предлагая более улучшенные каталитические свойства.
Камата был в восторге от результатов.
Наши пористые наночастицы β-MnO 2 могли эффективно катализировать окисление HMF в FDCA в резком контрасте с наночастицами β-MnO 2 полученными гидротермальным методом. Дальнейшее точное регулирование кристалличности и / или пористой структуры β-MnO 2 может привести к развитию еще более эффективных окислительных реакций .
Кейго Камата, профессор Токийского технологического института
Кроме того, последние исследования позволили лучше понять формирование туннельных и пористых структур в MnO 2 что может иметь решающее значение для расширения его приложений.
Наш подход, который включает превращение предшественников Mn в MnO 2 не в жидкой фазе (гидротермальный метод), а в атмосфере воздуха, является многообещающей стратегией для синтеза различных MnO 2 наночастицы с туннельной структурой . Они могут быть использованы в качестве универсальных функциональных материалов для катализаторов, химических датчиков, литий-ионных батарей и суперконденсаторов .
Кейго Камата, профессор Токийского технологического института
Ожидается, что такие дополнительные исследования выявят весь потенциал наноструктурированных материалов в ближайшие дни.
Журнал Ссылка:
Ямагути Ю., и др. . (2020) Синтез мезопористого β-MnO без матрицы 2 Наночастицы: структура, механизм образования и каталитические свойства. ACS Applied Materials & Interfaces . doi.org/10.1021/acsami.0c08043.
Источник: https://www.titech.ac.jp/english/
[