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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-的MnO 2的特定的晶体结构。他们的研究揭示了不同的合成条件如何可以产生二氧化锰具有不同多孔结构,在高度调整的MnO 2纳米材料,可作为生物塑料的制造催化剂的开发策略暗示光。CREDIT吾蒲田,东京工业大学
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-的MnO 2的特定的晶体结构。他们的研究揭示了不同的合成条件如何可以产生二氧化锰具有不同多孔结构,在高度调整的MnO 2纳米材料,可作为生物塑料的制造催化剂的开发策略暗示光。CREDIT吾蒲田,东京工业大学

抽象:
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-的MnO 2的特定的晶体结构。他们的研究揭示了不同的合成条件如何可以产生二氧化锰具有不同多孔结构,在高度调整的MnO 2纳米材料,可作为生物塑料的制造催化剂的开发策略暗示光。

方式,形状和形式:合成条件限定的二氧化锰的纳米结构

日本东京|发表于2020年7月31日

材料工程已经发展到我们不仅关心材料的化学成分在其中一个点,而且关于其在纳米级结构。纳米材料最近得出的研究人员的注意力从各种领域有很好的理由;它们的物理,光学和电特性可以被调谐并推送到一旦方法中的极限调整其纳米结构是可用的。

二氧化锰纳米结构化的金属氧化物,可以形成许多不同的晶体结构,并在保持各种工程领域的应用(化学式的MnO 2)。的MnO 2的一个重要用途是作为用于化学反应的催化剂,和MnO 2的特定的结晶结构,称为β-的MnO 2,是例外为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 - 二氧化锰的纳米结构,以最大限度地发挥其催化性能是至关重要的。

然而,产生β - 二氧化锰与其他的MnO 2的晶体结构相比是困难的。现有的方法是复杂的,并且涉及使用其上β - 二氧化锰“生长”,并与后几个步骤所期望的结构最终模板材料。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 - 二氧化锰纳米粒子合成的无模板的方法。

他们的方法,发表在ACS应用材料与界面他们的研究中所描述的,是出色简单方便。首先,锰前体被混合水溶液,并让固体沉淀物获得。After filtration and drying, the collected solids are subjected to a temperature of 400�C in a normal air atmosphere, a process known as calcination. During this step, the material crystallizes and the black powder obtained afterwards is more than 97% porous β-MnO2.

最值得注意的是,研究者发现该多孔β - 二氧化锰是作为合成FDCA比β - 二氧化锰的催化剂更有效的使用称为更广泛的方法生产的“水热合成法”。要理解为什么,他们分析化学,显微镜,和β-的MnO 2的光谱特性不同的合成条件下生产的纳米颗粒。

他们发现,β - 二氧化锰可以根据一定的参数采用了明显不同的形态。尤其是,通过调节在其中前体是混合的溶液的酸度(pH值),β-的MnO 2纳米颗粒具有大的球形孔可制得。这种多孔结构具有较高的表面积,从而提供更好的催化性能。兴奋的结果,蒲田备注:“我们的多孔β-的MnO 2纳米颗粒可以有效地催化HMF氧化成FDCA与β - 二氧化锰纳米颗粒通过水热法得到鲜明对比的结晶性和/或多孔结构的进一步的精细控制。β - 二氧化锰会导致更高效的氧化反应的发展“。

更重要的是,这项研究提供了大量的洞察二氧化锰如何形成多孔和隧道结构,这可能是关键,以扩展其应用,蒲田指出:“我们的方法,它涉及锰前体转化为二氧化锰不是在液体相(水热法),但在空气气氛下,是用于与隧道结构的各种的MnO 2纳米颗粒的合成有希望的策略,这可能是适用于作为通用于催化剂,化学传感器,锂离子电池,超级电容器和功能材料“。像这样的进一步研究将有望使我们有一天线束全部潜力是纳米材料所提供的。

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关于东京工业大学
东京工业大学停留在研究和高等教育为日本科技领先的大学的前列。东京工业大学的研究人员擅长的领域,从材料科学到生物学,计算机科学和物理学。创立于1881年,东京工业大学每年举办超过10,000本科生和研究生,谁发展成为科学界领袖和一些最抢手的工业工程师。体现的“monotsukuri”,意思是日本哲学“技术的独创性和创新”的东京工业大学社会努力通过高影响力的研究贡献于社会。

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