Les oxydes de manganèse ont reçu beaucoup d'attention de la part des scientifiques des matériaux en raison de leurs applications étendues, notamment les électrodes, les catalyseurs, les capteurs, les supercondensateurs et la biomédecine. De plus, le manganèse est largement abondant et présente de nombreux états d'oxydation, ce qui lui permet de former diverses structures cristallines intéressantes.

L'une de ces structures est le "tamis moléculaire octaédrique d'oxyde de manganèse de type todorokite (OMS-1)", un cristal dont les cellules unitaires (unités répétitives les plus simples du cristal) sont constituées de trois par trois MnO₆ chaînes octaédriques. Bien que prometteur en tant que catalyseur, le potentiel d'OMS-1 est limité pour deux raisons. Tout d'abord, ses méthodes de synthèse classiques sont des procédés complexes de cristallisation en plusieurs étapes impliquant un traitement hydrothermique ou à reflux. Deuxièmement, ces processus ont tendance à créer des cristaux avec une taille de particule plus élevée et une surface plus faible, des caractéristiques préjudiciables aux performances catalytiques.

Dans un récent effort pour contourner ces problèmes, une équipe de recherche de l'Institut de technologie de Tokyo (Tokyo Tech) a proposé un moyen simple de synthétiser les nanoparticules OMS-1. Dirigée par le professeur agrégé Keigo Kamata, l'équipe a découvert que la clé pour produire facilement de l'OMS-1 de haute qualité était d'utiliser des précurseurs à faible cristallinité. Leur étude a été publiée dans le Journal of the American Chemical Society . De plus, l'illustration scientifique de cette étude, créée par le Dr Kamata, a été sélectionnée comme couverture supplémentaire pour la revue.

Les chercheurs ont appelé leur nouvelle procédure de synthèse la "méthode de transformation à l'état solide". Dans celui-ci, il faut d'abord combiner des solutions de MnO₄ ^– et Mn ²⁺ réactifs, tels que Mg(MnO₄ )₂ et MnSO₄ , à des ratios spécifiques. Après avoir ajusté le pH du mélange, il faut recueillir les précipités une fois qu'ils se sont déposés. Celles-ci consistent principalement en Mg-busérite à faible cristallinité, un type d'oxyde de manganèse en couches. La busérite est ensuite calcinée à 200°C pendant 24 heures, ce qui la transforme en nanoparticules OMS-1.

Grâce à diverses expériences réalisées à l'aide d'équipements de pointe, l'équipe a minutieusement caractérisé l'OMS-1 qu'elle a produit. Ils ont déterminé les paramètres optimaux pour obtenir le rendement le plus élevé de la réaction et la meilleure qualité d'OMS-1. Un aspect remarquable des nanoparticules OMS-1 préparées était leur surface, comme l'a souligné le Dr Kamata :"Notre catalyseur présentait une surface spécifique d'environ 250 m ² /g, qui est beaucoup plus grand que celui d'OMS-1 synthétisé à l'aide de méthodes rapportées précédemment, qui n'allait que jusqu'à 185 m ² /g."

Pour mettre à l'épreuve l'OMS-1 synthétisé, les chercheurs ont étudié ses performances catalytiques pour diverses réactions d'oxydation d'alcool avec de l'oxygène (O₂ ) comme seul oxydant. Les résultats ont été très encourageants. Le Dr Kamata commente :"L'OMS-1 synthétisé grâce à notre approche est un catalyseur hétérogène efficace et réutilisable pour l'oxydation de divers types d'alcools et de sulfures aromatiques. Bien que nos nanoparticules soient ultra-petites, elles ne présentaient aucun compromis entre la surface , la taille des particules et les performances catalytiques."

Globalement, les résultats de cette étude ont permis de mieux contrôler la synthèse des nanoparticules d'oxyde de manganèse. Nous espérons que ces connaissances conduiront non seulement à des catalyseurs hautement efficaces, mais également à de nouveaux matériaux fonctionnels à base d'oxyde de manganèse avec des applications pratiques. + Explorer plus loin

Le catalyseur réutilisable rend l'oxydation des liaisons C–H à l'aide d'oxygène plus facile et plus efficace