Ultraheli borofeeni süntees tööstuslikus mastaabis
Borophene, boori kahemõõtmeline nanostruktuurne derivaat, saab tõhusalt sünteesida facile ja odava ultraheli koorimise kaudu. Ultraheli vedela faasi koorimist saab kasutada suurte koguste kvaliteetsete borofeeni nanolehtede tootmiseks. Ultraheli koorimise tehnikat kasutatakse laialdaselt 2D-nanomaterjalide (nt grafeeni) tootmiseks ja see on tuntud oma kvaliteetsete nanolehtede, kõrge saagikuse, kiire ja lihtsa töö ning üldise efektiivsuse eeliste poolest.
Ultraheli koorimise meetod borofeeni valmistamiseks
Ultraheli juhitud vedelfaasi koorimist kasutatakse laialdaselt 2D-nanolehtede valmistamiseks erinevatest lahtistest lähteainetest, sealhulgas grafiidist (grafeen), boorist (borofeen). Võrreldes keemilise koorimise tehnikaga peetakse ultraheli abil vedela faasi koorimist paljutõotavamaks strateegiaks 0D ja 2D nanostruktuuride, näiteks boori kvantpunktide (BQD) ja borofeeni valmistamiseks. (vrd Wang et al., 2021)
Vasakpoolne skeem näitab 2D mõnekihiliste borofeeni lehtede ultraheli madala temperatuuriga vedeliku koorimisprotsessi. (Uuring ja pilt: ©Lin et al., 2021.)
Sonokeemiline reaktor, mis on varustatud 2000 vatti tööstuslik ultraheli protsessor UIP2000hdT suuremahuliseks borofeeni koorimiseks.
Ultraheli borofeeni koorimise juhtumiuuringud
Koorimist ja delamineerimist võimsuse ultraheli abil vedela faasi protsessis on laialdaselt uuritud ja edukalt rakendatud borofeeni ja teiste boori derivaatide, näiteks boori kvanttäppide, boornitriidi või magneesiumdiboriidi suhtes.
α-Borophene
Göktuna ja Taşaltıni (2021) tehtud uuringus valmistati α borofeeni facile ja odava ultraheli koorimise teel. Ultraheli sünteesitud borofeeni nanolehtedel on α borofeeni kristalne struktuur.
Protokoll: 100 mg boori mikroosakesi töödeldi ultraheliga 100 ml N-dimetüülformamiidis 200 W juures (nt kasutades UP200St koos S26d14-ga) 4 tundi lämmastikus (N2) vooluga reguleeritav kabiin, et vältida oksüdeerumist ultraheli vedelfaasi koorimisprotsessi ajal. Kooritud booriosakeste lahust tsentrifuugiti vastavalt 5000 pööret minutis ja 12 000 pööret minutis 15 minutit, seejärel koguti booreen hoolikalt kokku ja kuivatati vaakumis 4 tundi temperatuuril 50 ° C. (vrd Göktuna ja Taşaltın, 2021)
Borofeeni skemaatiline illustratsioon mõne kihiga, mis on kooritud sondi ultraheli abil solvotermilise töötlemise protsessiga.
Uuring ja pilt: ©Zhang et al., 2020
Mõnekihiline borofeen
(2020) teatavad atsetooni solvotermilise vedela faasi koorimise tehnikast, mis võimaldab toota suure horisontaalse suurusega kvaliteetset borofeeni. Kasutades atsetooni turset, niisutati booripulbri prekursorit kõigepealt atsetoonis. Seejärel töödeldi niisutatud boori prekursorit täiendavalt solvotermiliselt atsetoonis 200 ° C juures, millele järgnes ultrahelitöötlus sondi tüüpi sonikaatoriga 225 W juures 4 tundi. Lõpuks saadi borofeen mõne boorikihiga ja horisontaalse suurusega kuni 5, 05 mm. Atsetooni solvotermilise abiga vedela faasi koorimise tehnikat saab kasutada suurte horisontaalsete ja kvaliteetsete boori nanolehtede valmistamiseks. (vrd Zhang et al., 2020)
Kui ultraheli kooritud borofeeni XRD-mustrit võrreldakse lahtise boori prekursoriga, võib täheldada sarnast XRD-mustrit. Enamikku peamisi difraktsioonipiike saab indekseerida b-romboedrilise booriga, mis viitab sellele, et kristalne struktuur on enne ja pärast koorimistöötlust peaaegu säilinud.
SEM-pildid madala eraldusvõimega (a) ja kõrge eraldusvõimega (b) borofeenist väheste kihtidega, mis on saadud ultraheli abil solvotermilisel koorimisel atsetoonis
Uuring ja pilt: ©Zhang et al., 2020
XRD mustrid (a) ja Raman spektrid (b) töötlemata lahtiselt boor ja boropheen väheste kihtidega, mis on saadud sondi ultraheli abil solvotermilise koorimisega.
Uuring ja pilt: ©Zhang et al., 2020
Boori kvanttäppide sonokeemiline süntees
(2020) valmistas edukalt suuremahulised ja ühtlased kristalsed pooljuhtboori boori kvantpunktid (BQD) paisutatud booripulbrist atsetonitriilis, väga polaarses orgaanilises lahustis, kasutades võimsat sondi tüüpi ultrasonikaatorit (nt UP400St, UIP500hdT või UIP1000hdT). Sünteesitud boori kvantpunktid, mille külgmine suurus on 2,46 ±0,4 nm ja paksus 2,81 ±0,5 nm.
Protokoll: Boori kvanttäppide tüüpilises preparaadis lisati kõigepealt kolme kaelaga kolbi 30 mg booripulbrit ja seejärel lisati enne ultraheliuuringut pudelisse 15 ml atsetonitriili. Koorimine viidi läbi väljundvõimsusel 400 W (nt kasutades UIP500hdT), 20kHz sagedus ja ultraheli aeg 60 min. Lahuse ülekuumenemise vältimiseks ultraheliuuringu ajal rakendati konstantse temperatuuri saavutamiseks jahutamist jäävanni või laborijahuti abil. Saadud lahust tsentrifuugiti kiirusel 1500 pööret minutis 60 minutit. Supernatant, mis sisaldas boori kvanttäppe, ekstraheeriti õrnalt. Kõik katsed viidi läbi toatemperatuuril. (vrd Hao et al., 2020)
Wang jt (2021) uuringus valmistab teadlane boori kvantpunkte, kasutades ka ultraheli vedela faasi koorimise tehnikat. Nad said monodispersse boori kvantpunkti, millel oli kitsas suuruse jaotus, suurepärane dispersiivsus, kõrge stabiilsus IPA lahuses ja kahe foto fluorestsents.
TEM-kujutised ja BQD-de vastav läbimõõdu jaotus, mis on valmistatud erinevalt ultraheli tingimustes. a) 400 W juures sünteesitud BQDs-2 TEM-kujutis 2 tunni jooksul. b) 550 W juures sünteesitud BQDs-3 TEM-kujutis 1 tund (c) 400 W juures sünteesitud BQDs-3 TEM-kujutis 4 tunni jooksul. d) (a) (a) saadud kvanttäppide läbimõõdu jaotus. e) punktist b saadud kvanttäppide jaotus läbimõõdu järgi. f) Kvanttäppide läbimõõdujaotus saadakse punktist c.
Uuring ja pilt: ©Hao et al., 2020
Magneesiumdiboriidi nanolehtede ultraheli koorimine
Koorimise protsess viidi läbi 450 mg magneesiumdiboriidi suspendeerimisega
(MgB2) pulber (umbes 100 võrgusilma suurus / 149 mikronit) 150 ml vees ja kokkupuude ultraheliga 30 minutit. Ultraheli koorimist saab läbi viia sondi tüüpi ultrasonikaatoriga, näiteks UP200Ht või UP400St amplituudiga 30% ja tsüklirežiimiga 10sec sisse/välja impulsse. Ultraheli koorimise tulemuseks on tume must suspensioon. Musta värvi võib seostada põlise MgB2 pulbri värviga.
Kiire kaadrite jada (a-st f-ni), mis illustreerib grafiidihelveste sonomehaanilist koorimist vees, kasutades UP200S, 200W ultrasonikaator 3mm sonotrode'iga. Nooled näitavad lõhenemise (koorimise) kohta kavitatsioonimullidega, mis tungivad lõhenemisse.
© Tyurnina et al. 2020
Võimas ultrasonikaatorid borofeeni koorimiseks mis tahes skaalal
Hielscher Ultrasonics projekteerib, toodab ja levitab tugevaid ja usaldusväärseid ultrasonikaatoreid igas suuruses. Alates kompaktsetest laboratoorsetest ultraheli seadmetest kuni tööstuslike ultraheli sondide ja reaktoriteni on Hielscheril teie protsessi jaoks ideaalne ultraheli süsteem. Pikaajalise kogemusega sellistes rakendustes nagu nanomaterjalide süntees ja dispersioon, meie hästi koolitatud töötajad soovitavad teile ypouri nõuete jaoks kõige sobivamat seadistust. Hielscheri tööstuslikud ultraheli protsessorid on tööstusrajatistes tuntud kui usaldusväärsed tööhobused. Hielscheri ultrasonikaatorid on võimelised pakkuma väga kõrgeid amplituudi, mis sobivad ideaalselt suure jõudlusega rakendustele, nagu borofeen või grafeeni koorimine, samuti nanomaterjalide dispersioonid. Amplituudid kuni 200 μm saab hõlpsasti pidevalt käivitada 24/7 operatsioonis. Veelgi suuremate amplituudide jaoks on saadaval kohandatud ultraheli sonotroodid.
Kõik seadmed on projekteeritud ja toodetud meie peakontoris Saksamaal. Enne kliendile tarnimist testitakse iga ultraheli seadet hoolikalt täiskoormusel. Püüdleme kliendirahulolu poole ja meie tootmine on üles ehitatud nii, et see vastaks kõrgeimale kvaliteeditagamisele (nt ISO sertifikaat).
- kõrge kasutegur
- Kaasaegne tehnoloogia
- Usaldusväärsuse & töökindlus
- partii & Inline
- mis tahes mahu jaoks
- Intelligentne tarkvara
- Nutikad funktsioonid (nt andmete protokollimine)
- CIP (puhas kohapeal)
Allolev tabel annab teile ülevaate meie ultrasonikaatorite ligikaudsest töötlemisvõimsusest:
| Partii maht | Voolukiirus | Soovitatavad seadmed |
|---|---|---|
| 1 kuni 500 ml | 10 kuni 200 ml / min | UP100H |
| 10 kuni 2000 ml | 20 kuni 400 ml / min | UP200Ht, UP400St |
| 0.1 kuni 20L | 0.2 kuni 4L / min | UIP2000hdT |
| 10 kuni 100L | 2 kuni 10L/min | UIP4000hdT |
| mujal liigitamata | 10 kuni 100 L / min | UIP16000 |
| mujal liigitamata | Suurem | klaster UIP16000 |
Võta meiega ühendust! / Küsi meilt!
Hielscher Ultrasonics toodab suure jõudlusega ultraheli homogenisaatoreid rakenduste segamiseks, hajutamiseks, emulgeerimiseks ja ekstraheerimiseks laboris, piloot- ja tööstuslikus mastaabis.
Kirjandus / Viited
- Feng Zhang, Liaona She, Congying Jia, Xuexia He, Qi Li, Jie Sun, Zhibin Lei, Zong-Huai Liu (2020): Few-layer and large flake size borophene: preparation with solvothermal-assisted liquid phase exfoliation. RSC Advances 46, 2020.
- Simru Göktuna, Nevin Taşaltın (2021): Preparation and characterization of PANI: α borophene electrode for supercapacitors. Physica E: Low-dimensional Systems and Nanostructures,
Volume 134, 2021. - Chen, C., Lv, H., Zhang, P. et al. (2021): Synthesis of bilayer borophene. Nature Chemistry 2021.
- Haojian, Lin; Shi, Haodong;Wang, Zhen; Mu, Yuewen ; Li, Si-Dian; Zhao, Jijun; Guo, Jingwei ; Yang, Bing; Wu, Zhong-Shuai; Liu, Fei. (2021): Low-temperature Liquid Exfoliation of Milligram-scale Single Crystalline Few-layer β12-Borophene Sheets as Efficient Electrocatalysts for Lithium–Sulfur Batteries. 2021.
- Jinqian Hao; Guoan Tai; Jianxin Zhou; Rui Wang; Chuang Hou; Wanlin Guo (2020): Crystalline Semiconductor Boron Quantum Dots. ACS Applied Material Interfaces 12 (15), 2020. 17669–17675.
Faktid, mida tasub teada
borofeen
Borophene on boori kristalne aatomimonokiht, s.t. see on boori kahemõõtmeline allotroop (nimetatakse ka boori nanoleheks). Selle ainulaadsed füüsikalised ja keemilised omadused muudavad borofeeni väärtuslikuks materjaliks paljude tööstuslike rakenduste jaoks.
Borophene erakordsed füüsikalised ja keemilised omadused hõlmavad ainulaadseid mehaanilisi, termilisi, elektroonilisi, optilisi ja ülijuhtivaid tahke.
See avab võimalused kasutada borofeeni rakendustes leelismetallide ioonakudes, Li-S akudes, vesiniku salvestamisel, superkondensaatoris, hapniku redutseerimisel ja evolutsioonil, samuti CO2 elektroredutseerimisreaktsioonis. Eriti suur huvi läheb borofeenile kui patareide anoodimaterjalile ja vesiniku salvestusmaterjalile. Tänu suurele teoreetilisele spetsiifilisele võimsusele, elektroonilisele juhtivusele ja ioonide transpordiomadustele kvalifitseerub borofeen patareide suurepäraseks anoodimaterjaliks. Tänu vesiniku suurele adsorbeerimisvõimele borofeeniks pakub see suurt potentsiaali vesiniku salvestamiseks – selle kandevõime on üle 15% selle kaalust.
Borofeen vesiniku ladustamiseks
Kahemõõtmelised (2D) booripõhised materjalid saavad H2 andmekandjatena palju tähelepanu boori madala aatommassi ja pinnal olevate leelismetallide kaunistamise stabiilsuse tõttu, mis suurendab koostoimet H2-ga. Kahemõõtmelised borofeeni nanolehed, mida saab kergesti sünteesida ultraheli vedela faasi koorimise abil, nagu eespool kirjeldatud, on näidanud head afiinsust erinevate metalli kaunistavate aatomite suhtes, kus võib esineda metalliaatomite klastrit. Kasutades erinevaid metallkaunistusi, nagu Li, Na, Ca ja Ti erinevatel borofeeni polümorfidel, on saadud muljetavaldavad H2 gravimeetrilised tihedused vahemikus 6 kuni 15 massiprotsenti, ületades USA energiaministeeriumi (DOE) nõuet pardal salvestamiseks 6,5wt% H2. (vrd Habibi et al., 2021)
Hielscher Ultrasonics toodab suure jõudlusega ultraheli homogenisaatoreid alates Lab kuni tööstuslik suurus.