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方式,形状和形式:合成条件定义了二氧化锰的纳米结构

信息来源:星火计划 发布时间:【2020-08-15 】 点击次数:
在东京技术学院的科学家探索一种新的和简单的方法来合成二氧化锰与称为β-MnO的特定结晶结构2。他们的研究揭示了不同的合成条件如何产生具有独特的多孔结构的二氧化锰,这提示了开发可作为生物塑料制造催化剂的高度调谐的MnO 2纳米材料的战略。

通过β-MnO的化学反应的加速度2催化剂在颗粒的纳米空间。图片来源:东京工业大学蒲田敬子
 
材料工程学发展到了这样一个程度,我们不仅关注材料的化学组成,而且关注纳米级的结构。纳米结构材料最近已经吸引了来自各个领域的研究人员的注意,这是有充分理由的。一旦可以采用适合其纳米结构的方法,就可以调整它们的物理,光学和电气特性并将其推向极限。
 
二氧化锰(化学式为MnO 2)纳米结构的金属氧化物,可以形成许多不同的晶体结构,并应用于各种工程领域。的MnO的一个重要用途2是作为用于化学反应的催化剂,和MnO的特定的结晶结构2,称为β-MnO的2,例外的是为5-羟甲基糠醛氧化成2,5-呋喃二甲酸(FDCA)。因为FDCA可以用于生产环境友好型生物塑料,要想办法调整β-的MnO纳米结构2,以最大限度地发挥其催化性能是至关重要的。
 
然而,产生β-MnO的2与其它的MnO相比难以2的晶体结构。现有的方法是复杂的,并且涉及使用其上β-MnO的模板材料的2 “成长”,并与后几个步骤所期望的结构结束。现在,从东京工业大学的研究人员领导的蒲田圭吾教授探索不同类型的多孔β-的MnO的合成无模板的方法2纳米粒子。

在东京技术学院-Scientists探索一种新的和简单的方法来合成二氧化锰与称为β-MnO的特定结晶结构2。他们的研究揭示了不同的合成条件如何产生具有独特的多孔结构的二氧化锰,这提示了开发可作为生物塑料制造催化剂的高度调谐的MnO 2纳米材料的战略。图片来源:东京工业大学蒲田敬吾

他们的方法在ACS Applied Materials&Interfaces上发表的研究中进行了描述,非常简单方便。首先,通过混合水溶液并使固体沉淀来获得Mn前体。过滤并干燥后,将收集的固体在正常的空气气氛中置于400°C的温度下,这一过程称为煅烧。在该步骤期间,该材料结晶,之后得到的黑色粉末是97%以上的多孔β-MnO的2。
 
最值得注意的是,研究者发现该多孔β-MnO的2是作为用于合成FDCA比β-MnO的催化剂更有效2产生使用更普遍的做法被称为“水热合成法”。要理解为什么,他们分析化学,显微镜,和β-MnO的频谱特性2个不同的合成条件下生产的纳米颗粒。
 
 
 
他们发现,β-MnO的2可根据特定的参数采取明显不同的形态。尤其是,通过调节在其中前体是混合的溶液的酸度(pH值),β-​​MnO的2个可以得到纳米粒子具有大的球形孔。该多孔结构具有较高的表面积,因此提供了更好的催化性能。兴奋的结果,蒲田备注:“我们的多孔β-MnO的2个纳米颗粒可以有效地催化HMF氧化成FDCA与β-MnO的鲜明的对比2个通过水热法得到的纳米颗粒的结晶度和/或多孔的进一步的精细控制。的结构β-MnO的2 可能导致更有效的氧化反应的发展。”
 
而且,这项研究为MnO 2中如何形成多孔结构和隧道结构提供了很多见解,这可能是扩展其应用的关键,正如Kamata指出的那样:“我们的方法涉及将Mn前体转化为MnO 2,而不是液相(水热法)但在大气中是合成各种MnO 2的有前途的策略具有隧道结构的纳米颗粒。这些可以用作催化剂,化学传感器,锂离子电池和超级电容器的多功能功能材料。”像这样的进一步研究有望使我们有一天能够利用纳米结构材料必须提供的全部潜力。
 

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