東京工業大學(東京工業大學)的科學家們開發并分析了一種新型催化劑，用于氧化5-羥甲基糠醛，這對于生成新原料至關重要，這些原料取代了用于制造許多塑料的經典不可再生原料。

對于大多數讀者而言，找到替代不可再生自然資源的替代品是當前研究的一個關鍵主題應該不足為奇。制造當今許多塑料所需的一些原材料涉及不可再生的化石資源，煤和天然氣，并且已經投入大量精力尋找可持續的替代品。2,5-呋喃二甲酸(FDCA)是一種有吸引力的原料，可用于制造聚呋喃乙酸酯，這是一種具有許多應用的生物聚酯。

制備FDCA的一種方法是通過氧化5-羥甲基糠醛(HMF)，一種可以由纖維素合成的化合物。然而，必要的氧化反應需要催化劑的存在，這有助于反應的中間步驟，從而可以實現最終產物。

研究用于HMF氧化的許多催化劑涉及貴金屬;這顯然是一個缺點，因為這些金屬不是廣泛可用的。其他研究人員發現錳氧化物與某些金屬(如鐵和銅)結合可用作催化劑。雖然這是朝著正確方向邁出的一步，但東京理工大學的科學家團隊已經報道了更大的發現：二氧化錳(MnO2)本身可以用作有效的催化劑，如果用它制造的晶體具有合適的催化劑結構體。

該團隊包括KeigoKamata副教授和MichikazuHara教授，他們致力于確定哪種MnO2晶體結構具有最佳的FDCA催化活性及其原因。他們通過計算分析和現有理論推斷，由于HMF氧化所涉及的步驟，晶體的結構是至關重要的。首先，MnO2將一定量的氧原子轉移到基板(HMF或其他副產物)并變成MnO2-δ。然后，因為反應在氧氣氛下進行，所以MnO2-δ迅速氧化并變成MnO2再次。該過程所需的能量與形成氧空位所需的能量有關，氧空位隨晶體結構而變化很大。事實上，該團隊計算出活性氧位點具有較低(因此更好)的空位形成能。

為了驗證這一點，他們合成了各種類型的MnO2晶體，然后通過大量分析比較了它們的性能。在這些晶體中，β-MnO2是最有希望的，因為它具有活性的平面氧位。它的空位形成能量不僅低于其他結構，而且即使用于HMF的氧化反應，材料本身也被證明非常穩定。

然而，該團隊并未就此止步，因為他們提出了一種新的合成方法來生產具有大表面積的高純度β-MnO2，以便進一步提高FDCA產率并加速氧化過程。“高表面積β-MnO2的合成是用MnO2催化劑高效氧化HMF的有前景的策略，”Kamata說。

采用該團隊采用的方法學方法，MnO2催化劑的未來發展已經啟動。“進一步功能化β-MnO2將為開發用于氧化各種生物質衍生化合物的高效催化劑開辟一條新途徑，”Hara總結道。像這樣的研究確保人類可以獲得可再生原料，以避免各種類型的短缺危機。