Mangaanoxiden hebben veel aandacht gekregen van materiaalwetenschappers vanwege hun wijdverbreide toepassingen, waaronder elektroden, katalysatoren, sensoren, supercondensatoren en biogeneeskunde. Verder is mangaan wijdverbreid en heeft het veel oxidatietoestanden, waardoor het verschillende interessante kristallijne structuren kan vormen.

Eén zo'n structuur is de "todorokiet-type mangaanoxide octaëdrische moleculaire zeef (OMS-1),", een kristal waarvan de eenheidscellen (de eenvoudigste herhalende eenheden van het kristal) bestaan ​​uit drie-bij-drie MnO₆ octaëdrische ketens. Hoewel veelbelovend als katalysator, wordt het potentieel van OMS-1 om twee redenen beperkt. Ten eerste zijn de conventionele synthesemethoden complexe meerstapskristallisatieprocessen waarbij hydrothermische of refluxbehandeling betrokken is. Ten tweede hebben deze processen de neiging om kristallen te creëren met een grotere deeltjesgrootte en een kleiner oppervlak, eigenschappen die nadelig zijn voor de katalytische prestaties.

In een recente poging om deze problemen te omzeilen, bedacht een onderzoeksteam van het Tokyo Institute of Technology (Tokyo Tech) een eenvoudige manier om OMS-1 nanodeeltjes te synthetiseren. Onder leiding van universitair hoofddocent Keigo Kamata ontdekte het team dat de sleutel tot het gemakkelijk produceren van OMS-1 van hoge kwaliteit het gebruik van voorlopers met een lage kristalliniteit was. Hun studie werd gepubliceerd in het Journal of the American Chemical Society . Bovendien werd de wetenschappelijke illustratie van deze studie, gemaakt door Dr. Kamata, geselecteerd als een aanvullende omslagafbeelding voor het tijdschrift.

De onderzoekers noemden hun nieuwe syntheseprocedure de 'solid-state transformatiemethode'. Daarin moet men eerst oplossingen van MnO₄ . combineren ^– en Mn ²⁺ reagentia, zoals Mg(MnO₄ )₂ en MnSO₄ , in bepaalde verhoudingen. Na het aanpassen van de pH van het mengsel, moet men de precipitaten opvangen zodra ze bezinken. Deze bestaan ​​voornamelijk uit laagkristallijn Mg-buseriet, een soort gelaagd mangaanoxide. Het buseriet wordt vervolgens 24 uur bij 200°C gecalcineerd, waardoor het wordt omgezet in OMS-1 nanodeeltjes.

Door middel van verschillende experimenten uitgevoerd met behulp van geavanceerde apparatuur, heeft het team de OMS-1 die ze hebben geproduceerd grondig gekarakteriseerd. Ze bepaalden de optimale parameters om de hoogste opbrengst van de reactie en de beste kwaliteit OMS-1 te verkrijgen. Een opmerkelijk aspect van de bereide OMS-1 nanodeeltjes was hun oppervlakte, zoals benadrukt door Dr. Kamata:"Onze katalysator vertoonde een specifiek oppervlak van ongeveer 250 m ² /g, dat veel groter is dan dat van OMS-1 gesynthetiseerd met behulp van eerder gerapporteerde methoden, die slechts tot 185 m ² ging /g."

Om de gesynthetiseerde OMS-1 op de proef te stellen, onderzochten de onderzoekers de katalytische werking ervan voor verschillende alcoholoxidatiereacties met zuurstof (O₂ ) als het enige oxidatiemiddel. De resultaten waren zeer bemoedigend. Dr. Kamata merkt op:"De door onze aanpak gesynthetiseerde OMS-1 is een effectieve en herbruikbare heterogene katalysator voor de oxidatie van verschillende soorten aromatische alcoholen en sulfiden. Ondanks dat onze nanodeeltjes ultraklein zijn, vertoonden ze geen wisselwerking tussen oppervlaktegebied , deeltjesgrootte en katalytische prestaties."

Over het algemeen werpen de bevindingen van deze studie licht op hoe de synthese van mangaanoxide-nanodeeltjes beter kan worden gecontroleerd. Deze inzichten zullen hopelijk niet alleen leiden tot zeer efficiënte katalysatoren, maar ook tot nieuwe functionele materialen op basis van mangaanoxide met praktische toepassingen. + Verder verkennen

Herbruikbare katalysator maakt oxidatie van C–H-bindingen met behulp van zuurstof eenvoudiger en efficiënter