Sonoelektrokeemiline sadestamine

Sonoelektrokeemiline sadestamine on sünteesitehnika, mis ühendab sonokeemia ja elektrokeemia nanomaterjalide ülitõhusaks ja keskkonnasõbralikuks tootmiseks. Kiire, lihtsa ja tõhusa sonoelektrokeemilise sadestamisega tuntud sadestamine võimaldab nanoosakeste ja nanokomposiitide kujuga kontrollitud sünteesi.

Nanoosakeste sono-elektrodepositsioon

Sonoelektroodimiseks (ka sonoeletrokeemiline sadestumine, sonokeemiline galvaniseerimine või sonokeemiline elektrodepositsioon) nanoosakeste sünteesimiseks kasutatakse elektroodidena ühte või kahte ultraheli sondi (sonotroode või sarved). Sonoelektrokeemilise sadestumise meetod on väga tõhus ning 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 massiülekande protsesse makroskoopilise voogesituse ja mikroskoopiliste interfacial kavitatsioonijõudude tõttu. Ultraheli elektroodidel (sono-elektroodidel) eemaldab ultraheli vibratsioon ja kavitatsioon pidevalt reaktsioonisaadused elektroodi pinnalt. Eemaldades kõik passiivsed sadestused, on elektroodipind pidevalt saadaval uute osakeste sünteesiks.
Ultraheli genereeritud kavitatsioon soodustab siledate ja ühtlaste nanoosakeste moodustumist, mis jaotuvad vedelas faasis homogeenselt.

Nanoosakeste sonoelektrokeemiline sadestumine

Kui ultraheli välja rakendatakse vedelale elektrolüüdile, soodustavad erinevad ultraheli kavitatsiooni nähtused, nagu akustiline voogesitus ja mikrojoad, lööklained, massiülekande suurendamine elektroodilt / elektroodile ja pinna puhastamine (passiivsete kihtide eemaldamine) elektrodepositsiooni / galvaniseerimisprotsesse. Ultrahelitöötluse kasulik mõju elektroodistamisele / galvaniseerimisele on juba tõestatud paljude nanoosakeste, sealhulgas metalliliste nanoosakeste, pooljuhtide nanoosakeste, südamikukestaga nanoosakeste ja dopeeritud nanoosakeste puhul.
Sonokeemiliselt elektrodepeeritud mettaalsed nanoosakesed nagu Cr, Cu ja Fe näitavad kõvaduse olulist suurenemist, samas kui Zn näitab suuremat korrosioonikindlust.
(1999) sünteesisid CdSe nanoosakesi sonoelektrokeemilise sadestumise teel. Erinevate elektroodide ja ultraheli parameetrite reguleerimine võimaldab muuta CdSe nanoosakeste kristallide suurust röntgenikiirguse amorfsest kuni 9 nm (sphalerite faas).

Ashassi-Sorkhabi ja Bagheri (2014) näitasid polüpürrooli (PPy) sono-elektrokeemilise sünteesi eeliseid St-12 terasel oblikhappe 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 ultraheli valmistatud proovide kattekindlus (Rcoat), korrosioonikindlus (Rcorr) ja Warburgi resistentsus olid kõrgemad kui ultraheliga sünteesitud polüpürroolil. Skaneeriva elektronmikroskoopia pildid visualiseerisid ultraheli positiivset mõju elektrodepositsiooni ajal osakeste morfoloogiale: Tulemused näitavad, et sonoelektrokeemiline süntees annab tugevalt kleepuvad ja siledad polüpürrooli katted. Võrreldes sono-elektrosadestumise tulemusi tavapärase elektrodepositsiooniga, on selge, et sonoelektrokeemia meetodil valmistatud katetel on suurem korrosioonikindlus. Elektrokeemilise raku ultrahelitöötluse tulemuseks on suurenenud massiülekanne ja tööelektroodi pinna aktiveerimine. Need toimed aitavad märkimisväärselt kaasa polüpürrooli väga tõhusale ja kvaliteetsele sünteesile.

SEM-pildid a) PPy ja b) sonoelektrokeemiliselt sadestunud polüpürroolist (PPy-US) katetest St-12 terasel (suurendus 7500×)
(uuring ja pildid: © Ashassi-Sorkhabi ja Bagheri, 2014)

Nanokomposiitide sonoelektrokeemiline sadestamine

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 mehaanilise ja ultraheli agitatsiooni all. Ultraheliravi viidi läbi Hielscheri ultrasonikaatoriga UP200Ht sagedusel 26 kHz ja võimsusega 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 all ladestunud 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 ultraheli abil elektrodepositsioonil moodustatud nanokomposiit Cu–Sn–TiO2 katetel on suurepärased antimikroobsed omadused E. coli bakterite vastu.

SEM-pildid sono-elektrokeemiliselt sadestunud Cu–Sn–TiO2 katetest katoodvoolu tihedusega 0,5 A/dm2 ja 1,0 A/dm2.
(uuring ja pildid: © Kharitonov jt, 2021)

Suure jõudlusega sonoelektrokeemilised seadmed

Hielscher Ultrasonics varustab suure jõudlusega ultraheli seadmeid usaldusväärse ja tõhusa sono-elektroodimise / nanomaterjalide sonogalvaanika jaoks. Tootevalikusse kuuluvad suure võimsusega ultrahelisüsteemid, sonoelektroodid, reaktorid ja rakud sono-elektrokeemilise sadestamisrakenduse jaoks.