Síntesis sono-electroquímica de nanopartículas

La síntesis electroquímica de nanopartículas promovida por ultrasonido es una ruta altamente eficaz y rentable para producir nanopartículas de alta calidad a gran escala. La síntesis sono-electroquímica, también conocida como sonoelectrodeposición, permite preparar nanoestructuras de varios materiales y formas.

Síntesis sonoelectroquímica y depósito sonoelectroquímico de nanopartículas

La síntesis sonoelectroquímica o sonoelectrodeposición es una técnica utilizada para producir nanopartículas metálicas aplicando ultrasonidos de alta potencia durante el proceso de electrodeposición para promover la transferencia de masa de las nanopartículas en crecimiento en la superficie del cátodo y la solución circundante.
Para la síntesis sonoelectroquímica o la sonoelectrodeposición de nanopartículas, los efectos de la sonoquímica se combinan con el proceso de electrodeposición. Los efectos sonoelectroquímicos de las poderosas ondas de ultrasonido y la cavitación acústica resultante en las reacciones químicas son causados por las muy altas temperaturas, presiones y sus respectivos diferenciales, que se desarrollan en y alrededor de las burbujas de cavitación que colapsan. Al combinar la sonoquímica con la electroquímica, la sonoelectroquímica ofrece efectos conjuntos tales como la mejora de la transferencia de masa, la limpieza superficial de las superficies de los electrodos, la desgasificación de la solución, así como el aumento de las velocidades de reacción. En conjunto, la síntesis de nanopartículas por sonoelectroquímica (sonoelectrodeposición) sobresale por su alto rendimiento de nanopartículas de alta calidad, que pueden ser producidas bajo condiciones suaves en un proceso rápido y rentable. Los parámetros del proceso de la sonoelectroquímica y la sonoelectrodeposición permiten influir en el tamaño y la morfología de las partículas.

Sonoelectrochemical system with electrically isolated ultrasonic probe as electrode for nanoparticle synthesis

Electrodo sonoelectroquímico para la síntesis de nanopartículas (sonoelectrodeposición)

Ventajas de la síntesis sonoelectroquímica NP

  • Altamente eficaz
  • Aplicable a muchos materiales y estructuras
  • proceso rápido
  • El proceso de "una olla"
  • condiciones suaves
  • barato
  • seguro y fácil de operar

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¿Cómo funciona la Síntesis Sonoelectroquímica / Sonoelectrodeposición?

La configuración básica de un sistema de sonoelectrodeposición para la síntesis sonoelectroquímica de nanopartículas es bastante simple. La única diferencia entre la configuración de la electrodeposición sonora y la configuración de la electrodeposición es el hecho de que para los electrodos del sistema de electrodeposición sonora se utilizan sondas ultrasónicas. La sonda ultrasónica funciona como electrodo de trabajo para sintetizar nanopartículas metálicas. Uno de los principales efectos impulsores de los ultrasonidos en la sonoelectrodeposición es el aumento de la transferencia de masa entre el electrodo (cátodo y/o ánodo) y la solución circundante.
Dado que los parámetros de proceso de la síntesis sonoelectroquímica y la sonoelectrodeposición pueden ser controlados y ajustados con precisión, se pueden sintetizar nanopartículas de tamaño y forma controlados. La síntesis sonoelectroquímica y la sonoelectrodeposición son aplicables a una amplia gama de nanopartículas metálicas y complejos nanoestructurados.

Las ventajas de la síntesis de nanopartículas por vía sonoelectroquímica

El grupo de investigación de la NTNU, formado por el Prof. Islam y el Prof. Pollet, resume en su artículo de investigación (2019) las principales ventajas de la producción sonoelectroquímica de nanopartículas como sigue: "i) una gran mejora en el transporte de masa cerca del electrodo, alterando así la velocidad, y a veces el mecanismo de las reacciones electroquímicas, ii) una modificación de la morfología de la superficie a través de chorros de cavitación en la interfase electrodo-electrolito, causando generalmente un aumento de la superficie y iii) un adelgazamiento del grosor de la capa de difusión del electrodo y por lo tanto el agotamiento de los iones". (Islam et al. 2019)

Ejemplos de nanopartículas sintetizadas con éxito por vía sonoelectroquímica

  1. nanopartículas metálicas
  2. nanopolvos de aleación y semiconductores
  3. nanopartículas poliméricas
  4. nanocompuestos

como

  • nanopartículas de cobre (Cu) (NP)
  • magnetita (Fe3O4) NPs
  • NP de aleación de tungsteno y cobalto (W-Co)
  • nanocomplejos de zinc (Zn)
  • nanorodios de oro (Au)
  • ferromagnético Fe45Pt55 NPs
  • teluro de cadmio (CdTe) puntos cuánticos (QDs)
  • nanorodios de teluro de plomo (PbTe)
  • disulfuro de molibdeno similar al de los fulleros (MoS2)
  • nanopartículas de polianilina (PA)
  • polímero conductor de poli(N-metilanilina) (PNMA)
  • nanotubos de carbono de polipirrol/multiparedes (MWCNTs)/nanocompuestos de quitosano
Sonoelectrochemical synthesis of nanoparticles (electrodeposition)

Las sondas de los procesadores ultrasónicos UIP2000hdT (2000 vatios, 20kHz) actúan como electrodos para la sonoelectrodeposición de las nanopartículas

Sondas y reactores electroquímicos de alto rendimiento

Hielscher Ultrasonics es su socio con larga experiencia en sistemas ultrasónicos de alto rendimiento en sonoquímica y sonoelectroquímica. Fabricamos y distribuimos sondas y reactores ultrasónicos de última generación, que se utilizan en todo el mundo para aplicaciones de trabajo pesado en entornos exigentes. Para la sonoelectroquímica y la sonoelectrodeposición, Hielscher ha desarrollado sondas ultrasónicas especiales, reactores y aisladores. Las sondas ultrasónicas actúan como cátodo y/o ánodo, mientras que las celdas de los reactores ultrasónicos proporcionan las condiciones óptimas para las reacciones electroquímicas. Los electrodos y celdas ultrasónicas están disponibles para sistemas galvánicos/voltáicos y electrolíticos.

Amplitudes controlables con precisión para resultados óptimos

Hielscher's industrial processors of the hdT series can be comfortable and user-friendly operated via browser remote control.Todos los procesadores ultrasónicos de Hielscher son controlables con precisión y, por lo tanto, caballos de trabajo fiables en R&D y producción. La amplitud es uno de los parámetros de proceso cruciales que influyen en la eficiencia y la eficacia de las reacciones inducidas por medios sonoquímicos y sonomecánicos. Todos los ultrasonidos de Hielscher’ Los procesadores permiten el ajuste preciso de la amplitud. Los procesadores industriales de ultrasonidos de Hielscher pueden proporcionar amplitudes muy altas y ofrecer la intensidad ultrasónica requerida para aplicaciones sono-electroquímicas exigentes. Amplitudes de hasta 200µm pueden ser fácilmente operadas continuamente en operación 24/7.
Los ajustes de amplitud precisos y la supervisión permanente de los parámetros del proceso ultrasónico mediante un software inteligente le dan la posibilidad de influir con precisión en la reacción sonoelectroquímica. Durante cada ciclo de sonicación, todos los parámetros ultrasónicos se registran automáticamente en una tarjeta SD incorporada, de modo que cada ciclo puede ser evaluado y controlado. ¡Sonicación óptima para las reacciones sonoelectroquímicas más eficientes!
Todos los equipos están construidos para su uso 24/7/365 bajo carga completa y su robustez y fiabilidad los convierten en el caballo de batalla de su proceso electroquímico. Esto hace que el equipo ultrasónico de Hielscher sea una herramienta de trabajo fiable que cumple con los requisitos de su proceso sonoelectroquímico.

La más alta calidad – Diseñado y fabricado en Alemania

Como empresa familiar, Hielscher da prioridad a los más altos estándares de calidad para sus procesadores de ultrasonidos. Todos los ultrasonidos se diseñan, fabrican y prueban a fondo en nuestra sede en Teltow, cerca de Berlín, Alemania. La robustez y fiabilidad de los equipos de ultrasonidos de Hielscher los convierten en un caballo de batalla en su producción. El funcionamiento 24/7 a plena carga y en entornos exigentes es una característica natural de las sondas y reactores ultrasónicos de alto rendimiento de Hielscher.

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Sonoelectrochemical inline reactor with ultrasonic probe UIP2000hdT for the electrodeposition of nanoparticles

La sonda del ultrasonido UIP2000hdT actúa como electrodo en una configuración sonoelectroquímica para la síntesis de nanopartículas.

Literatura / Referencias



Hielscher Ultrasonics supplies high-performance ultrasonic homogenizers from lab to industrial size.

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