Prussiya mavisi nanokublarının ultrasəslə yaş çökdürülməsi
Prussiya mavisi və ya dəmir heksasianoferrat natrium-ion batareyalarının istehsalında, biotibbdə, mürəkkəblərdə və elektronikada istifadə olunan nanostrukturlu metal–üzvi karkasdır (MOF). Ultrasəslə yaş kimyəvi sintez Prussiya mavisi nanokublarını və mis heksasianoferrat, nikel heksasianoferrat kimi Prussiya mavisi analoqlarını əldə etmək üçün səmərəli, etibarlı və sürətli üsuldur. Ultrasəslə çökdürülmüş Prussiya mavisi nanohissəcikləri dar hissəcik ölçüsü paylanması, monodisperslik və yüksək funksionallıqla xarakterizə olunur.
Prussiya mavisi və heksasianoferrat analoqları
Prussiya mavisi və ya dəmir heksasianoferratlar elektrokimyəvi tətbiqlərin hazırlanması və kimyəvi sensorların, elektroxrom displeylərin, mürəkkəblərin və örtüklərin, batareyaların (natrium-ion batareyalarının), kondensatorların və superkondensatorların, məsələn, H+ və ya Cs+ üçün kation saxlama materiallarının, katalizatorların, teranostik vasitələrin və digərlərinin istehsalı üçün funksional material kimi geniş istifadə olunur. Yaxşı oksidləşmə–reduksiya aktivliyi və yüksək elektrokimyəvi sabitliyi sayəsində Prussiya mavisi elektrodların modifikasiyası üçün geniş istifadə olunan metal–üzvi karkas (MOF) strukturudur.
Müxtəlif digər tətbiqlərlə yanaşı, Prussiya mavisi və onun analoqları olan mis heksasianoferrat və nikel heksasianoferrat müvafiq olaraq mavi, qırmızı və sarı rəngli mürəkkəblər kimi istifadə olunur.
Prussiya mavisi nanohissəciklərinin böyük üstünlüyü onların təhlükəsizliyidir. Prussiya mavisi nanohissəcikləri tam bioloji parçalana bilən, biouyğun materiallardır və tibbi tətbiqlər üçün FDA tərəfindən təsdiqlənib.
UIP2000hdT ultrasəs cihazı nanohissəciklərin sintezi və çökdürülməsi üçün güclü sonokimyəvi cihazdır
Prussiya mavisi nanokublarının sonokimyəvi sintezi
Prussiya mavisi / heksasianoferrit nanohissəciklərinin sintezi heterogen yaş kimyəvi çökdürmə reaksiyasıdır. Dar hissəcik ölçüsü paylanmasına və monodispersliyə malik nanohissəciklər əldə etmək üçün etibarlı çökdürmə üsulu tələb olunur. Ultrasəslə çökdürmə maqnetit, sink molibdat, sink fosfomolibdat, müxtəlif nüvə–qabıq nanohissəcikləri və s. kimi yüksək keyfiyyətli nanohissəciklərin və piqmentlərin etibarlı, səmərəli və sadə sintezi ilə yaxşı tanınır.
Prussiya mavisi nanohissəcikləri üçün yaş kimyəvi sintez üsulları
Prussiya mavisi nanohissəciklərinin sonokimyəvi sintez üsulu səmərəli, asan, sürətli və ekoloji cəhətdən əlverişlidir. Ultrasəslə çökdürmə eyni kiçik ölçü (təqribən 5nm), dar ölçü paylanması və monodispersliklə xarakterizə olunan yüksək keyfiyyətli Prussiya mavisi nanokublarını verir.
Prussiya mavisi nanohissəcikləri polimer stabilizatorlarla və ya onlarsız müxtəlif çökdürmə üsulları ilə sintez edilə bilər.
Stabilləşdirici polimerdən istifadə etmədən Prussiya mavisi nanokublarını sadəcə aşağıdakı maddələri ultrasəslə qarışdırmaqla çökdürmək olar: FeCl3 və K3[Fe(CN)6] – mühitdə H2O2 olduqda.
Bu növ sintezdə sonokimyadan istifadə daha kiçik nanohissəciklərin alınmasına kömək edib (yəni ultrasəs emalı olmadan alınan ≈50 nm ölçü əvəzinə 5 nm ölçüdə). (Dacarro et al. 2018)
Prussiya mavisinin ultrasəslə sintezinə dair nümunə tədqiqatlar
Ümumiyyətlə, Prussiya mavisi nanohissəcikləri ultrasəs emalı üsulundan istifadə etməklə sintez olunur.
Bu üsulda 0,05 M qatılıqlı məhlul istifadə olunur: K4[Fe(CN)6] birləşməsinin bu məhlulu 100 ml (0,1 mol/L) qatılıqlı xlorid turşusu məhluluna əlavə edilir. Alınan K4[Fe(CN)6] sulu məhlulu ultrasəslə emal edilərkən 40ºC temperaturda 5 h saxlanılır və sonra otaq temperaturunda soyumağa buraxılır. Alınan mavi məhsul süzülür, distillə edilmiş su və mütləq etanolla dəfələrlə yuyulur və sonda vakuum sobasında 25ºC temperaturda 12 h qurudulur.
Heksasianoferrit analoqu olan mis heksasianoferrit (CuHCF) aşağıdakı üsulla sintez edilib:
CuHCF nanohissəcikləri aşağıdakı tənliyə uyğun olaraq sintez edilib:
Cu(NO3)3 + K4[Fe(CN)6] –> Cu4[Fe(CN)6] + KN03
CuHCF nanohissəcikləri Bioni et al., 2007 tərəfindən hazırlanmış üsulla sintez olunur. 10 mL həcmində 20 mmol L-1 K3[Fe(CN)6] + 0,1 mol L-1 KCl məhlulu ilə 10 mL həcmində 20 mmol L-1 CuCl2 + 0,1 mol L-1 KCl məhlulunun ultrasəs emalı kolbasındakı qarışığı. Sonra qarışıq 60 min ərzində yüksək intensivlikli ultrasəs şüalanmasına məruz qoyulur; bunun üçün birbaşa məhlula salınan titan ultrasəs buynuzundan (20 kHz, 10Wcm-1) istifadə olunur; buynuz məhlula 1 cm dərinliyə salınmışdır. Qarışdırma zamanı açıq qəhvəyi çöküntünün əmələ gəlməsi müşahidə olunur. Çox sabit, açıq qəhvəyi rəngli dispersiya əldə etmək üçün bu dispersiya 3 gün ərzində dializ edilir.
(bax: Jassal et al. 2015)
Sitratla stabilləşdirilmiş Prussiya mavisi nanokublarının TEM mikroqrafı
tədqiqat və şəkil: Dacarro et al. 2018
Wu et al. (2006) Prussiya mavisi nanohissəciklərini sonokimyəvi üsulla aşağıdakı birləşmədən sintez ediblər: K4[Fe(CN)6]; bu prosesdə xlorid turşusunda ultrasəs şüalanması ilə [FeII(CN)6]4− parçalanaraq Fe2+ əmələ gətirib; Fe2+ isə oksidləşərək Fe3+ halına keçib və qalan [FeII(CN)6]4− ionları ilə reaksiyaya girib. Tədqiqat qrupu belə nəticəyə gəlib ki, sintez edilmiş Prussiya mavisi nanokublarının vahid ölçü paylanması ultrasəs emalının təsirlərindən qaynaqlanır. Soldakı FE-SEM təsviri Wu-nun tədqiqat qrupu tərəfindən sonokimyəvi üsulla sintez edilmiş dəmir heksasianoferrat nanokublarını göstərir.
Böyük miqyaslı sintez: PB nanohissəciklərini böyük miqyasda hazırlamaq üçün məhlula aşağıdakı maddələr əlavə edilib: PVP (250 g) və K3[Fe(CN)6] (19,8 g); bunlar 2.000 mL HCl məhluluna (1 M) əlavə edilib. Məhlul şəffaflaşana qədər ultrasəslə emal edilib və sonra 20–24 saat ərzində yetişmə reaksiyasının baş verməsi üçün 80°C temperaturda sobaya yerləşdirilib. Daha sonra PB nanohissəciklərini toplamaq üçün qarışıq 20.000 rpm sürətlə 2 saat sentrifuqalanıb. (Təhlükəsizlik qeydi: Əmələ gələn hər hansı HCN-ni xaric etmək üçün reaksiya sorucu şkafda aparılmalıdır).
Prussiya mavisinin sonoelektrokimyəvi sintezi
Prussiya mavisi üçün digər yüksək səmərəli sintez üsulu elektrokimyəvi çökdürməni yüksək intensivlikli ultrasəslə sinergetik şəkildə birləşdirən sonoelektrokimyəvi üsuldur. Bu üsul kütlə daşınmasını artırır, nüvələnmə kinetikasını sürətləndirir və kavitasiya nəticəsində yaranan mikroqarışdırma və səthin aktivləşdirilməsi vasitəsilə nanohissəciklərin vahid şəkildə əmələ gəlməsini təşviq edir. Bu, Prussiya mavisinin sonoelektrokimyəvi sintezini nanoölçülü Prussiya mavisinin sənaye istehsalı üçün etibarlı üsula çevirir.
Prussiya mavisinin sintezi üçün sonoelektrokimyəvi qurğu haqqında daha ətraflı oxuyun!
Prussiya mavisinin sintezi üçün ultrasəs zondları və sonokimyəvi reaktorlar
Hielscher Ultrasonics bütün dünyada tədqiqat laboratoriyalarında və sənaye istehsalında istifadə olunan yüksək məhsuldarlıqlı ultrasəs cihazlarının istehsalında uzunmüddətli təcrübəyə malikdir. Nanohissəciklərin və piqmentlərin sonokimyəvi sintezi və çökdürülməsi sabit amplitudalar yaradan yüksək güclü ultrasəs zondları tələb edən mürəkkəb tətbiqdir. Bütün Hielscher ultrasəs cihazları tam yük altında 24/7 işləmək üçün layihələndirilir və istehsal olunur. Ultrasəs prosessorları kompakt 50 vattlıq ultrasəs zondlarından tutmuş 16.000 vatt güclü axın xəttinə quraşdırılan ultrasəs reaktorlarına qədər mövcuddur. Geniş çeşiddə amplituda gücləndirici buynuzlar, sonotrodlar və axın hüceyrələri ilkin maddələrə, sintez üsuluna və son məhsula uyğun fərdi sonokimyəvi sistem qurmağa imkan verir.
Sonokimyəvi sintez – ehtiyaclarınıza uyğun partiya və ya axın xəttində emal
Hielscher ultrasəs zondları partiya şəklində və axın xəttində fasiləsiz ultrasəs emalı üçün istifadə oluna bilər. Reaksiyanın həcmindən və sürətindən asılı olaraq sizə ən uyğun ultrasəs qurğusunu tövsiyə edəcəyik. Laboratoriya, masaüstü, pilot və tam sənaye tipli ultrasəs cihazları istənilən həcmi emal etməyə imkan verir.
Ən yüksək keyfiyyət standartları – Almaniyada layihələndirilir və istehsal olunur
Ailə mülkiyyətində olan və ailə tərəfindən idarə olunan müəssisə kimi Hielscher öz ultrasəs prosessorları üçün ən yüksək keyfiyyət standartlarına üstünlük verir. Bütün ultrasəs cihazları Almaniyada, Berlin yaxınlığındakı Teltov şəhərində yerləşən baş qərargahımızda layihələndirilir, istehsal olunur və hərtərəfli sınaqdan keçirilir. Hielscher ultrasəs avadanlığının möhkəmliyi və etibarlılığı onu istehsalınızda əsas işçi qüvvəyə çevirir. Tam yük altında və çətin şəraitdə 24/7 işləmək Hielscher yüksək məhsuldarlıqlı ultrasəs zondları və reaktorlarının təbii xüsusiyyətidir.
Aşağıdakı cədvəl ultrasəs cihazlarımızın təxmini emal gücü haqqında məlumat verir:
| Partiyanın həcmi | Axın sürəti | Tövsiyə olunan cihazlar |
|---|---|---|
| 1–500mL | 10–200mL/min | UP100H |
| 10–2000mL | 20–400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0,1–20L | 0,2–4L/min | UIP2000hdT |
| 10–100L | 2–10L/min | UIP4000hdT |
| n.a. | 10–100L/min | UIP16000 |
| n.a. | daha böyük | cihazlar qrupu: UIP16000 |
Bizimlə əlaqə saxlayın! / Bizə sual verin!
Yüksək güclü ultrasəs homogenizatorları – laboratoriya miqyasından pilot və sənaye miqyasınadək.
Bilməyə dəyər faktlar
Prussiya mavisi nədir?
Prussiya mavisinin kimyəvi baxımdan düzgün adı dəmir heksasianoferratdır (dəmir(II,III) heksasianoferrat(II,III)), lakin gündəlik dildə Berlin mavisi, dəmir(III) ferrosianid, dəmir(III) heksasianoferrat, dəmir(III) ferrosianid, dəmir(III) heksasianoferrat(II) və Paris mavisi adları ilə də tanınır.
Prussiya mavisi dəmir(II) ferrosianid duzlarının oksidləşməsi zamanı yaranan tünd mavi piqment kimi təsvir olunur. Onun kubik kristal qəfəs strukturunda dəmir(III) heksasianoferrat(II) mövcuddur. Suda həll olmur, lakin kolloid əmələ gətirməyə də meyillidir və buna görə həm kolloid və ya suda həll olan formada, həm də həll olmayan formada mövcud ola bilər. Tallium və seziumun radioaktiv izotopları kimi bəzi ağır metallarla zəhərlənmələrdə antidot kimi istifadə olunmaq üçün klinik məqsədlərlə ağızdan qəbul edilir.
Dəmir heksasianoferratın (Prussiya mavisinin) analoqları mis heksasianoferrat, kobalt heksasianoferrat, sink heksasianoferrat və nikel heksasianoferratdır.
Metal–üzvi karkas strukturları nədir?
Metal–üzvi karkaslar (MOFs) üzvi liqandlarla koordinasiya olunmuş metal ionlarından və ya klasterlərindən ibarət birləşmələr sinfidir; onlar birölçülü, ikiölçülü və ya üçölçülü strukturlar əmələ gətirə bilər. Onlar koordinasiya polimerlərinin alt sinfidir. Koordinasiya polimerləri liqandlarla (bağlayıcı molekullar adlandırılan molekullarla) birləşdirilmiş metallardan yaranır və nəticədə təkrarlanan koordinasiya motivləri əmələ gəlir. Onların əsas xüsusiyyətlərinə kristallıq və çox vaxt məsaməli olmaları daxildir.
Metal–üzvi karkas (MOF) strukturlarının ultrasəslə sintezi haqqında daha ətraflı oxuyun!
Natrium-ion batareyaları
Natrium-ion batareyası (NIB) təkrar doldurula bilən batareya növüdür. Litium-ion batareyasından fərqli olaraq, natrium-ion batareyasında yükdaşıyıcı kimi litium əvəzinə natrium ionlarından (Na+) istifadə olunur. Digər cəhətlərdən tərkibi, iş prinsipi və elementin quruluşu adi və geniş istifadə olunan litium-ion batareyaları ilə əsasən eynidir. Bu iki batareya növü arasındakı əsas fərq Li-ion kondensatorlarında litium birləşmələrindən, Na-ion batareyalarında isə natrium metallarından istifadə olunmasıdır. Bu o deməkdir ki, natrium-ion batareyasının katodunda natrium və ya natrium kompozitləri, anod (mütləq natrium əsaslı material olması tələb olunmur), eləcə də polyar protik və ya aprotik həlledicilərdə dissosiasiya olunmuş natrium duzlarını ehtiva edən maye elektrolit mövcuddur. Doldurulma zamanı Na+ katoddan çıxarılaraq anoda daxil edilir, elektronlar isə xarici dövrədən keçir; boşalma zamanı əks proses baş verir: Na+ anoddan çıxarılaraq yenidən katoda daxil edilir və elektronlar xarici dövrədən keçərək faydalı iş görür. İdeal halda, uzun xidmət müddətini təmin etmək üçün anod və katod materialları natriumun saxlanmasının təkrarlanan dövrlərinə deqradasiya olmadan dözməlidir.
Sonokimyəvi sintez natrium-ion kondensatorlarının istehsalında istifadə oluna bilən yüksək keyfiyyətli natrium metalı duzlarını böyük miqdarda əldə etmək üçün etibarlı və səmərəli üsuldur. Natrium tozunun sintezi əridilmiş natrium metalının mineral yağda ultrasəslə dispersləşdirilməsi yolu ilə həyata keçirilir.
Ədəbiyyat / İstinadlar
- Xinglong Wu, Minhua Cao, Changwen Hu, Xiaoyan He (2006): Sonochemical Synthesis of Prussian Blue Nanocubes from a Single-Source Precursor. Crystal Growth & Design 2006, 6, 1, 26–28.
- Vidhisha Jassal, Uma Shanker, Shiv Shanka (2015): Synthesis, Characterization and Applications of Nano-structured Metal Hexacyanoferrates: A Review. Journal of Environmental Analytical Chemistry 2015.
- Giacomo Dacarro, Angelo Taglietti, Piersandro Pallavicini (2018): Prussian Blue Nanoparticles as a Versatile Photothermal Tool. Molecules 2018, 23, 1414.
- Aharon Gedanken (2003): Sonochemistry and its application to nanochemistry. Current Science Vol. 85, No. 12 (25 December 2003), pp. 1720-1722.