Sonoelektrokeemiline sadestamine

Sonoelektrokeemiline sadestamine on sünteesitehnika, mis ühendab sonokeemia ja elektrokeemia, et toota nanomaterjale väga tõhusalt ja keskkonnasõbralikult. Tuntud kui kiire, lihtne ja tõhus sonoelektrokeemiline sadestamine võimaldab nanoosakeste ja nanokomposiitide kujuga kontrollitud sünteesi.

Nanoosakeste sono-elektrodepositsioon

Sonoelektrodepositsiooniks (ka sonoeletrokeemiline sadestamine, sonokeemiline galvaniseerimine või sonokeemiline elektrodepositsioon) nanoosakeste sünteesimiseks kasutatakse elektroodidena ühte või kahte ultraheli sondi (sonotroodid või sarved). Sonoelektrokeemilise sadestamise meetod on väga tõhus, samuti lihtne ja ohutu kasutada, mis võimaldab sünteesida nanoosakesi ja nanostruktuure suurtes kogustes. Lisaks on sonoelektrokeemiline sadestamine intensiivistunud protsess, mis tähendab, et ultrahelitöötlus kiirendab elektrolüüsiprotsessi, nii et reaktsiooni saab käivitada tõhusamates tingimustes.
Võimsuse ultraheli rakendamine suspensioonidele suurendab märkimisväärselt massiülekandeprotsesse makroskoopilise voogesituse ja mikroskoopiliste interfacial kavitatsioonijõudude tõttu. Ultraheli elektroodidel (sono-elektroodidel) eemaldab ultraheli vibratsioon ja kavitatsioon pidevalt reaktsioonisaadused elektroodi pinnalt. Eemaldades kõik passiivsed sadestud, on elektroodipind pidevalt saadaval uute osakeste sünteesiks.
Ultraheli genereeritud kavitatsioon soodustab siledate ja ühtlaste nanoosakeste moodustumist, mis on vedelas faasis homogeenselt jaotunud.

Nanoosakeste sonoelektrokeemiline sadestumine

Kui ultraheli välja rakendatakse vedelale elektrolüüdile, soodustavad mitmesugused ultraheli kavitatsiooninähtused, nagu akustiline voogesitus ja mikro-joastik, lööklained, massiülekande suurendamine elektroodilt / elektroodile ja pinna puhastamine (passiivsete kihtide eemaldamine) elektrodepositsiooni / galvaniseerimisprotsesse. Ultrahelitöötluse kasulik mõju elektrodepositsioonile / galvaniseerimisele on juba tõestatud paljude nanoosakeste, sealhulgas metalliliste nanoosakeste, pooljuhtide nanoosakeste, südamikkesta nanoosakeste ja dopeeritud nanoosakeste puhul.
Sonokeemiliselt elektrodeponeeritud mettaalsed nanoosakesed, nagu Cr, Cu ja Fe, näitavad kõvaduse olulist suurenemist, samas kui Zn näitab suurenenud korrosioonikindlust.
Mastai jt (1999) sünteesisid CdSe nanoosakesi sonoelektrokeemilise sadestamise kaudu. Erinevate elektrodepositsiooni ja ultraheli parameetrite reguleerimine võimaldab muuta CdSe nanoosakeste kristallide suurust röntgenikiirguse amorfsest kuni 9 nm (sphaleriidi faas).

Ashassi-Sorkhabi ja Bagheri (2014) demonstreerisid polüpürrooli (PPy) sono-elektrokeemilise sünteesi eeliseid St-12 terasel oksaalhappe keskkonnas, kasutades galvanostaatilist tehnikat voolutihedusega 4 mA/cm2. Madala sagedusega ultraheli otsene rakendamine ultrasonikaatori UP400S abil tõi kaasa kompaktsemad ja homogeensemad polüpürrooli pinnastruktuurid. Tulemused näitasid, et ultraheliga ettevalmistatud proovide kattekindlus (Rcoat), korrosioonikindlus (Rcorr) ja Warburgi resistentsus olid kõrgemad kui mitte-ultraheli sünteesitud polüpürroolil. Skaneeriva elektronmikroskoopia pildid visualiseerisid ultraheli positiivset mõju elektrodepositsioonile osakeste morfoloogiale: Tulemused näitavad, et sonoelektrokeemiline süntees annab tugevalt kleepuvad ja siledad polüpürrooli katted. Võrreldes sono-elektrosadestamise tulemusi tavapärase elektrodepositsiooniga, on selge, et sonoelektrokeemia meetodil valmistatud katetel on suurem korrosioonikindlus. Elektrokeemilise raku ultrahelitöötlus toob kaasa suurema massiülekande ja töötava elektroodi pinna aktiveerimise. Need toimed aitavad märkimisväärselt kaasa polüpürrooli väga tõhusale ja kvaliteetsele sünteesile.

SEM-kujutised a) PPy ja b) sonoelektrokemiaalselt sadestatud polüpürrooli (PPy-US) katetest St-12 terasel (suurendus 7500×)
(uuring ja pildid: © Ashassi-Sorkhabi ja Bagheri, 2014)

Nanokomposiitide sonoelektrokeemiline sadestumine

Ultraheli ja elektrodepositsiooni kombinatsioon on efektiivne ja võimaldab nanokomposiitide facile sünteesi.
(2021) sünteesis nanokomposiit Cu–Sn–TiO2 katted sonokeemilise elektrodepositsiooniga oksaalhappe vannist, mis sisaldas lisaks 4 g / dm3 TiO2 mehaanilisel ja ultraheli segamisel. Ultraheliravi viidi läbi Hielscheri ultrasonikaatoriga UP200Ht sagedusel 26 kHz ja võimsusel 32 W / dm3. Tulemused näitasid, et ultraheli agitatsioon vähendab TiO2 osakeste aglomeratsiooni ja võimaldab tihedate Cu–Sn–TiO2 nanokomposiitide sadestumist. Võrreldes tavapärase mehaanilise segamisega iseloomustab ultrahelitöötluse käigus sadestunud Cu–Sn–TiO2 katteid suurem homogeensus ja siledam pind. Ultraheliga töödeldud nanokomposiitides oli enamik TiO2 osakesi sisestatud Cu-Sn maatriksisse. Ultraheli agitatsiooni kasutuselevõtt parandab TiO2 nanoosakeste pinnajaotust ja takistab agregatsiooni.
On näidatud, et nanokomposiit Cu–Sn–TiO2 katted, mis on moodustatud ultraheli abil elektrodepositsioonist, omavad suurepäraseid antimikroobseid omadusi E. coli bakterite vastu.

SEM-kujutised sono-elektrokeemiliselt sadestatud Cu–Sn–TiO2 katetest katoodvoolu tihedusel 0,5 A/dm2 ja 1,0 A/dm2.
(uuring ja pildid: © Kharitonov et al., 2021)

Suure jõudlusega sonoelektrokeemilised seadmed

Hielscher Ultrasonics varustab suure jõudlusega ultraheli seadmeid nanomaterjalide usaldusväärse ja tõhusa sono-elektrodepositsiooni / sonoelektrogalvaniseerimise jaoks. Tootevalikusse kuuluvad suure võimsusega ultrahelisüsteemid, sono-elektroodid, reaktorid ja rakud teie sono-elektrokeemilise sadestamise rakenduse jaoks.