Mod højkvalitets manganoxidkatalysatorer med store overfladearealer

Manganoxider har fået meget opmærksomhed fra materialeforskere på grund af deres udbredte anvendelser, herunder elektroder, katalysatorer, sensorer, superkondensatorer og biomedicin. Yderligere er mangan meget rigeligt og har mange oxidationstilstande, hvilket gør det muligt for det at danne forskellige interessante krystallinske strukturer.

En sådan struktur er "todorokite-type manganoxid octahedral molecular sieve (OMS-1)," en krystal, hvis enhedsceller (simpelste gentagne enheder af krystallen) består af tre gange tre MnO₆ oktaedriske kæder. Selvom det er lovende som katalysator, er potentialet for OMS-1 begrænset af to årsager. For det første er dets konventionelle syntesemetoder komplekse flertrins krystallisationsprocesser, der involverer hydrotermisk eller tilbagesvalingsbehandling. For det andet har disse processer tendens til at skabe krystaller med en højere partikelstørrelse og et lavere overfladeareal, egenskaber, der er skadelige for den katalytiske ydeevne.

I et nyligt forsøg på at omgå disse problemer kom et forskerhold fra Tokyo Institute of Technology (Tokyo Tech) med en enkel måde at syntetisere OMS-1 nanopartikler. Ledet af lektor Keigo Kamata opdagede holdet, at nøglen til nemt at producere højkvalitets OMS-1 var at bruge prækursorer med lav krystallinitet. Deres undersøgelse blev offentliggjort i Journal of the American Chemical Society . Derudover blev den videnskabelige illustration af denne undersøgelse, skabt af Dr. Kamata, udvalgt som en supplerende cover Art for tidsskriftet.

Forskerne kaldte deres nye synteseprocedure for "faststoftransformationsmetoden." I den skal man først kombinere løsninger af MnO₄ ^– og Mn ²⁺ reagenser, såsom Mg(MnO₄ )₂ og MnSO₄ , i specifikke forhold. Efter at have justeret pH-værdien af ​​blandingen, skal man opsamle bundfaldene, når de bundfældes. Disse består hovedsageligt af lavkrystallinitet Mg-buserit, en type lagdelt manganoxid. Buseritten kalcineres derefter ved 200°C i 24 timer, hvilket omdanner den til OMS-1 nanopartikler.

Gennem forskellige eksperimenter udført med avanceret udstyr karakteriserede holdet grundigt den OMS-1, de producerede. De bestemte de optimale parametre for at opnå det højeste udbytte af reaktionen og den bedste kvalitet OMS-1. Et bemærkelsesværdigt aspekt af de forberedte OMS-1 nanopartikler var deres overfladeareal, som fremhævet af Dr. Kamata:"Vores katalysator udviste et specifikt overfladeareal på omkring 250 m ² /g, hvilket er meget større end OMS-1 syntetiseret ved hjælp af tidligere rapporterede metoder, som kun gik op til 185 m ² /g."

For at sætte den syntetiserede OMS-1 på prøve undersøgte forskerne dens katalytiske ydeevne for forskellige alkoholoxidationsreaktioner med oxygen (O₂ ) som den eneste oxidant. Resultaterne var meget opmuntrende. Dr. Kamata kommenterer:"OMS-1 syntetiseret gennem vores tilgang er en effektiv og genanvendelig heterogen katalysator til oxidation af forskellige typer aromatiske alkoholer og sulfider. På trods af at vores nanopartikler var ultra-små, udviste de ingen afvejning mellem overfladearealer , partikelstørrelse og katalytisk ydeevne."

Samlet set kaster resultaterne af denne undersøgelse lys over, hvordan man bedre kan kontrollere syntesen af ​​manganoxidnanopartikler. Disse indsigter vil forhåbentlig ikke kun føre til højeffektive katalysatorer, men også til nye manganoxid-baserede funktionelle materialer med praktiske anvendelser. + Udforsk yderligere

Genanvendelig katalysator gør C-H-bindingsoxidation ved hjælp af oxygen lettere og mere effektiv