Des scientifiques de l'Institut de technologie de Tokyo explorent une méthode nouvelle et simpliste pour synthétiser du dioxyde de manganèse avec une structure cristalline spécifique appelée β-MnO 2 . Leur étude met en lumière comment différentes conditions de synthèse peuvent produire du dioxyde de manganèse avec des structures poreuses distinctes, faisant allusion à une stratégie pour le développement de MnO hautement réglé 2 nanomatériaux qui pourraient servir de catalyseurs dans la fabrication de bioplastiques.

L'ingénierie des matériaux a progressé à un point où non seulement nous sommes préoccupés par la composition chimique d'un matériau, mais aussi sur sa structure au niveau nanométrique. Les matériaux nanostructurés ont récemment attiré l'attention de chercheurs de divers domaines et pour cause; leur physique, optique, et les caractéristiques électriques peuvent être réglées et poussées à la limite une fois que des méthodes pour adapter leur nanostructure sont disponibles.

Dioxyde de manganèse (formule chimique MnO 2 ) oxyde métallique nanostructuré pouvant former de nombreuses structures cristallines différentes, avec des applications dans divers domaines d'ingénierie. Une utilisation importante du MnO 2 est un catalyseur de réactions chimiques, et une structure cristalline particulière de MnO 2 , appelé β-MnO 2 , est exceptionnel pour l'oxydation du 5-hydroxyméthylfurfural en 2, Acide 5-furandicarboxylique (FDCA). Parce que le FDCA peut être utilisé pour produire des bioplastiques respectueux de l'environnement, trouver des moyens d'ajuster la nanostructure de l'-MnO 2 maximiser ses performances catalytiques est crucial.

Cependant, produire du β-MnO 2 est difficile par rapport aux autres MnO 2 structures cristallines. Les méthodes existantes sont compliquées et impliquent l'utilisation de matériaux modèles sur lesquels β-MnO 2 « grandit » et obtient la structure souhaitée après plusieurs étapes. Maintenant, des chercheurs du Tokyo Institute of Technology dirigés par le professeur Keigo Kamata explorent une approche sans modèle pour la synthèse de différents types de β-MnO poreux 2 nanoparticules.

Leur méthode, décrit dans leur étude publiée dans Matériaux et interfaces appliqués ACS , est remarquablement simple et pratique. D'abord, Les précurseurs de Mn sont obtenus en mélangeant des solutions aqueuses et en laissant précipiter les solides. Après filtration et séchage, les solides collectés sont soumis à une température de 400°C dans une atmosphère d'air normale, un processus connu sous le nom de calcination. Au cours de cette étape, le matériau cristallise et la poudre noire obtenue ensuite est à plus de 97 % de β-MnO poreux 2 .

Notamment, les chercheurs ont trouvé ce β-MnO poreux 2 être beaucoup plus efficace comme catalyseur pour la synthèse du FDCA que le β-MnO 2 produit à l'aide d'une approche plus répandue appelée «méthode hydrothermale». Pour comprendre pourquoi, ils ont analysé le produit chimique, microscopique, et caractéristiques spectrales du β-MnO 2 nanoparticules produites dans différentes conditions de synthèse.

Ils ont trouvé que β-MnO 2 peut revêtir des morphologies très différentes selon certains paramètres. En particulier, en ajustant l'acidité (pH) de la solution dans laquelle sont mélangés les précurseurs, -MnO 2 des nanoparticules avec de grands pores sphériques peuvent être obtenues. Cette structure poreuse a une surface plus élevée, offrant ainsi de meilleures performances catalytiques. Enthousiasmé par les résultats, Kamata remarque :« Notre β-MnO poreux 2 les nanoparticules pourraient catalyser efficacement l'oxydation du HMF en FDCA en contraste frappant avec le β-MnO 2 nanoparticules obtenues par la méthode hydrothermale. Contrôle plus fin de la cristallinité et/ou de la structure poreuse de l'β-MnO 2 pourrait conduire au développement de réactions oxydatives encore plus efficaces."

Quoi de plus, cette étude a fourni de nombreuses informations sur la formation des structures poreuses et des tunnels dans le MnO 2 , qui pourrait être la clé pour étendre ses applications, comme le déclare Kamata :« Notre approche, qui implique la transformation de précurseurs de Mn en MnO 2 pas en phase liquide (méthode hydrothermale) mais sous atmosphère d'air, est une stratégie prometteuse pour la synthèse de divers MnO 2 nanoparticules à structure tunnel. Ceux-ci pourraient être applicables en tant que matériaux fonctionnels polyvalents pour les catalyseurs, capteurs chimiques, batteries lithium-ion, et des supercondensateurs. » D'autres études comme celle-ci nous permettront, espérons-le, d'exploiter un jour tout le potentiel que les matériaux nanostructurés ont à offrir.