Sono-elektrochemische Synthese von Nanopartikeln

Die ultraschallunterstützte elektrochemische Synthese von Nanopartikeln ist ein hochwirksamer und kostengünstiger Weg zur Herstellung hochwertiger Nanopartikel in großem Maßstab. Die sonoelektrochemische Synthese, auch bekannt als Sonoelektrodeposition, ermöglicht die Herstellung von Nanostrukturen aus verschiedenen Materialien und Formen.

Sonoelektrochemische Synthese und Sonoelektrodeposition von Nanopartikeln

Die sonoelektrochemische Synthese bzw. sonoelektrolytische Abscheidung (Galvanotechnik) ist eine Technik zur Herstellung von metallischen und Komposit-Nanopartikeln. Dabei wird der während des Elektroabscheidungsprozesses Hochleistungs-Ultraschall angewendet, um den Stoffaustausch zwischen den wachsenden Nanopartikel auf der Kathodenoberfläche und der umgebenden Lösung zu fördern.
Bei der sonoelektrochemischen Synthese bzw. sonoelektrolytischen Abscheidung von Nanopartikeln werden die Effekte der Sonochemie mit dem Prozess der Elektroabscheidung (Galvanotechnik) kombiniert. Die sonoelektrochemischen Effekte von intensiven Ultraschallwellen und der daraus resultierenden akustischen Kavitation auf chemische Reaktionen werden durch sehr hohe Temperaturen, Drücke und deren jeweilige Differenzen verursacht, welche in und um die implodierenden Kavitationsblasen entstehen. Durch die Kombination der Sonochemie mit der Elektrochemie bietet die Sonoelektrochemie gemeinsame Effekte wie verbesserten Stofftransport, Oberflächenreinigung der Elektrodenoberflächen, Entgasung der Lösung sowie erhöhte Reaktionsraten. Insgesamt zeichnet sich die sonoelektrochemische Nanopartikelsynthese (Sonoelektrodeposition, sonoelektrolytische Abscheidung) durch hohe Ausbeuten an hochwertigen Nanopartikeln aus, welche unter milden Bedingungen in einem schnellen und kosteneffizienten Prozess hergestellt werden können. Mit den Prozessparametern der Sonoelektrochemie und der Sonoelektrodeposition lassen sich sowohl die Partikelgröße als auch Morphologie beeinflussen.
Lesen Sie mehr über die sonoelektrochemische Abscheidung von Nanopartikeln und nanostrukturierten Materialien!

Wie funktioniert die Sonoelektrochemische Synthese / Sonoelektrolytische Abscheidung?

Der grundsätzliche Aufbau eines Sonoelektroabscheidungssystems für die sonoelektrochemische Nanopartikelsynthese ist recht einfach. Der einzige Unterschied zwischen einem sonoelektrolytischen Abscheidungsaufbau und einem elektrolytischen Abscheidungsaufbau ist die Tatsache, dass für die Elektrode(n) des sonoelektrolytischen Abscheidungssystems Ultraschallsonotrode(n) verwendet werden. Die Ultraschallsonotrode fungiert als Arbeitselektrode zur Synthese von metallischen Nanopartikeln. Einer der wichtigsten treibenden Effekte von Ultraschall bei der sonoelektrolytischen Abscheidung ist der erhöhte Stofftransport zwischen Elektrode (Kathode und/oder Anode) und der umgebenden Lösung.
Da die Prozessparameter der sonoelektrochemischen Synthese und der sonoelektrolytische Abscheidung genau kontrolliert und eingestellt werden können, können Nanopartikel mit kontrollierter Größe und Form synthetisiert werden. Die sonoelektrochemische Synthese und die sonoelektrolytische Abscheidung sind für eine breite Palette von metallischen Nanopartikeln und nanostrukturierten Komplexen anwendbar.

Die Vorteile der sonoelektrochemischen Nanopartikelsynthese

Die NTNU-Forschungsgruppe von Prof. Islam und Prof. Pollet fasst in ihrem Forschungsartikel (2019) die wichtigsten Vorteile der sonoelektrochemischen Herstellung von Nanopartikeln wie folgt zusammen: "(i) eine starke Verbesserung des Massentransports in der Nähe der Elektrode, wodurch sich die Geschwindigkeit und manchmal auch der Mechanismus der elektrochemischen Reaktionen ändert, (ii) eine Veränderung der Oberflächenmorphologie durch Kavitationsstrahlen an der Elektroden-Elektrolyt-Grenzfläche, was in der Regel zu einer Vergrößerung der Oberfläche führt, und (iii) eine Ausdünnung der Elektroden-Diffusionsschichtdicke und damit eine Ionenverarmung." (Islam et al. 2019)

Leistungsstarke sono-elektrochemische Sonotroden und Reaktoren

Hielscher Ultrasonics ist Ihr langjährig erfahrener Partner für Hochleistungs-Ultraschallsysteme in der Sonochemie und Sonoelektrochemie. Wir fertigen und vertreiben hochmoderne Ultraschallsonotroden/Ultraschallelektroden und Reaktoren, die weltweit für Heavy-Duty-Anwendungen in anspruchsvollen Umgebungen eingesetzt werden. Für die Sonoelektrochemie, sonoelektrolytische Abscheidung und Galvanotechnik hat Hielscher spezielle Ultraschallsonotroden, Reaktoren und Isolatoren entwickelt. Die Ultraschallsonotroden fungieren als Kathode und/oder Anode, während die Ultraschall-Reaktorzellen die optimalen Bedingungen für elektrochemische Reaktionen schaffen. Ultraschallelektroden und -zellen sind sowohl für galvanische / voltaische als auch für elektrolytische Systeme erhältlich.

Präzise kontrollierbare Amplituden für optimale Ergebnisse

Alle Hielscher Ultraschallprozessoren sind präzise steuerbare und damit zuverlässige Werkzeuge in R&D und Produktion. Die Amplitude ist einer der entscheidenden Prozessparameter, welche Effizienz und Effektivität von sonochemisch und sonomechanisch induzierten Reaktionen beeinflussen. Alle Hielscher Ultrasonics‘ Ultraschallprozessoren ermöglichen die präzise Einstellung der Amplitude. Hielscher`s industriellen Ultraschallprozessoren können sehr hohe Amplituden liefern und erzeugen die erforderliche Ultraschallintensität für anspruchsvolle sonoelektrochamische Anwendungen. Amplituden von bis zu 200µm können problemlos im 24/7-Betrieb kontinuierlich betrieben werden.
Präzise Amplitudeneinstellungen und die permanente Überwachung der Ultraschallprozessparameter über eine intelligente Software geben Ihnen die Möglichkeit, die sonoelektrochemische Reaktion präzise zu beeinflussen. Bei jedem Beschallungsdurchlauf werden alle Ultraschallparameter automatisch auf einer eingebauten SD-Karte aufgezeichnet, so dass jeder Beschallungsdurchgang ausgewertet und kontrolliert werden kann. Optimale Beschallung für effizienteste sonoelektrochemische Reaktionen!
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