Synthèse sono-électrochimique des nanoparticules

La synthèse électrochimique de nanoparticules par ultrasons est une méthode très efficace et économique pour produire des nanoparticules de haute qualité à grande échelle. La synthèse électrochimique, également connue sous le nom de sonoélectrodéposition, permet de préparer des nanostructures de différents matériaux et formes.

Synthèse sono-électrochimique et sono-électrodéposition de nanoparticules

La synthèse sono-électrochimique ou sono-électrodéposition est une technique utilisée pour produire des nanoparticules métalliques en appliquant des ultrasons à haute puissance pendant le processus d'électrodéposition afin de favoriser le transfert de masse des nanoparticules en croissance sur la surface de la cathode et la solution environnante.
Pour la synthèse sono-électrochimique ou la sono-électrodéposition de nanoparticules, les effets de la sono-chimie sont combinés au processus d'électrodéposition. Les effets sono-électrochimiques des puissantes ondes ultrasonores et de la cavitation acoustique qui en résulte sur les réactions chimiques sont causés par des températures et des pressions très élevées, ainsi que par leurs différences respectives, qui se développent dans et autour des bulles de cavitation qui s'effondrent. En combinant la sonochimie et l'électrochimie, la sonoélectrochimie offre des effets conjoints tels que l'amélioration du transfert de masse, le nettoyage des surfaces des électrodes, le dégazage de la solution, ainsi que l'augmentation de la vitesse de réaction. Dans l'ensemble, la synthèse de nanoparticules par sonoélectrochimie (sonoélectrodéposition) se distingue par des rendements élevés de nanoparticules de haute qualité, qui peuvent être produites dans des conditions douces dans un processus rapide et rentable. Les paramètres du processus de la sonoélectrochimie et de la sonoélectrodéposition permettent d'influencer la taille et la morphologie des particules.

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

Electrode sono-électrochimique pour la synthèse de nanoparticules (sono-électrodéposition)

Avantages de la synthèse de NP par voie électrochimique

  • Très efficace
  • Applicable à de nombreux matériaux et structures
  • processus rapide
  • "Le processus "One pot
  • conditions douces
  • peu coûteux
  • sûr et facile à utiliser

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Comment fonctionne la synthèse isoélectrochimique / la sonoélectrodéposition ?

La configuration de base d'un système de sonoélectrodéposition pour la synthèse de nanoparticules par sonoélectrochimie est assez simple. La seule différence entre un système de sonoélectrodéposition et un système d'électrodéposition est le fait que la ou les électrodes du système de sonoélectrodéposition utilisent des sondes ultrasoniques. La sonde ultrasonore fonctionne comme une électrode de travail pour synthétiser des nanoparticules métalliques. L'un des principaux effets moteurs des ultrasons dans la sonoélectrodéposition est l'augmentation du transfert de masse entre l'électrode (cathode et/ou anode) et la solution environnante.
Comme les paramètres du processus de synthèse et de dépôt électrochimiques peuvent être contrôlés et ajustés avec précision, des nanoparticules de taille et de forme contrôlées peuvent être synthétisées. La synthèse sonoélectrochimique et la sonoélectrodéposition sont applicables à une large gamme de nanoparticules métalliques et de complexes nanostructurés.

Les avantages de la synthèse de nanoparticules par voie électrochimique

Le groupe de recherche NTNU du Prof. Islam et du Prof. Pollet résume dans leur article de recherche (2019) les principaux avantages de la production sonoélectrochimique de nanoparticules comme suit : "(i) une grande amélioration du transport de masse près de l'électrode, ce qui modifie la vitesse, et parfois le mécanisme des réactions électrochimiques, (ii) une modification de la morphologie de la surface par des jets de cavitation à l'interface électrode-électrolyte, ce qui entraîne généralement une augmentation de la surface et (iii) un amincissement de l'épaisseur de la couche de diffusion de l'électrode et donc un appauvrissement en ions". (Islam et al. 2019)

Exemples de nanoparticules synthétisées avec succès par voie électrochimique

  1. les nanoparticules métalliques
  2. nanopoudres d'alliages et de semi-conducteurs
  3. nanoparticules polymères
  4. nanocomposites

tel que

  • les nanoparticules de cuivre (Cu) (NP)
  • magnétite (Fe3la4) NPs
  • Alliage tungstène-cobalt (W-Co) NPs
  • nano-complexes de zinc (Zn)
  • nanorods d'or (Au)
  • ferromagnétique Fe45Pt55 NPs
  • points quantiques (QDs) de tellurure de cadmium (CdTe)
  • les nanorods de tellurure de plomb (PbTe)
  • Le disulfure de molybdène (MoS), semblable au fullerène2)
  • les nanoparticules de polyaniline (PA)
  • polymère conducteur de poly(N-méthylaniline) (PNMA)
  • polypyrrole/nanotubes de carbone à parois multiples (MWCNT)/nanocomposites de chitosane
Sonoelectrochemical synthesis of nanoparticles (electrodeposition)

Les sondes des processeurs ultrasoniques UIP2000hdT (2000 watts, 20kHz) agissent comme des électrodes pour la sonoélectrodéposition de nanoparticules

Sondes et réacteurs électrochimiques à haute performance

Hielscher Ultrasons est votre partenaire expérimenté de longue date pour les systèmes ultrasoniques de haute performance en sonochimie et en sonoélectrochimie. Nous fabriquons et distribuons des sondes et des réacteurs ultrasonores de pointe, qui sont utilisés dans le monde entier pour des applications lourdes dans des environnements exigeants. Pour la sono-électrochimie et la sono-électrodéposition, Hielscher a développé des sondes, des réacteurs et des isolateurs ultrasoniques spéciaux. Les sondes ultrasonores agissent comme cathode et/ou anode, tandis que les cellules des réacteurs ultrasonores fournissent les conditions optimales pour les réactions électrochimiques. Les électrodes et les cellules à ultrasons sont disponibles pour les systèmes galvaniques / voltaïques ainsi que pour les systèmes électrolytiques.

Des amplitudes précisément contrôlables pour des résultats optimaux

Hielscher's industrial processors of the hdT series can be comfortable and user-friendly operated via browser remote control.Tous les processeurs à ultrasons de Hielscher sont contrôlables avec précision et donc des chevaux de travail fiables en R&D et production. L'amplitude est l'un des paramètres de processus cruciaux qui influencent l'efficacité et l'efficience des réactions induites par la sonochimie et la sonomécanique. Tous les ultrasons Hielscher’ Les processeurs permettent de régler précisément l'amplitude. Les processeurs industriels à ultrasons de Hielscher peuvent fournir de très grandes amplitudes et délivrer l'intensité ultrasonore requise pour des applications sono-électrochamiques exigeantes. Des amplitudes allant jusqu'à 200 µm peuvent facilement être utilisées en continu, 24 heures sur 24, 7 jours sur 7.
Des réglages d'amplitude précis et le contrôle permanent des paramètres du processus ultrasonore par un logiciel intelligent vous donnent la possibilité d'influencer précisément la réaction sono-électrochimique. Lors de chaque sonication, tous les paramètres ultrasonores sont automatiquement enregistrés sur une carte SD intégrée, de sorte que chaque sonication peut être évaluée et contrôlée. Une sonication optimale pour des réactions sono-électrochimiques plus efficaces !
Tous les équipements sont conçus pour une utilisation 24 heures sur 24, 7 jours sur 7 et 365 jours par an à pleine charge. Leur robustesse et leur fiabilité en font le cheval de bataille de votre processus électrochimique. Cela fait de l'équipement à ultrasons de Hielscher un outil de travail fiable qui répond aux exigences de votre processus électrochimique.

La plus haute qualité – Conçu et fabriqué en Allemagne

En tant qu'entreprise familiale, Hielscher accorde la priorité aux normes de qualité les plus élevées pour ses processeurs à ultrasons. Tous les appareils à ultrasons sont conçus, fabriqués et testés de manière approfondie dans notre siège social de Teltow, près de Berlin, en Allemagne. La robustesse et la fiabilité des équipements à ultrasons de Hielscher en font un cheval de bataille dans votre production. Le fonctionnement 24 heures sur 24, 7 jours sur 7, à pleine charge et dans des environnements exigeants est une caractéristique naturelle des sondes et des réacteurs ultrasoniques hautes performances de Hielscher.

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

La sonde de l'ultrasonateur UIP2000hdT agit comme électrode dans un dispositif sono-électrochimique pour la synthèse de nanoparticules.

Littérature / Références



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

Des ultrasons de haute performance ! La gamme de produits Hielscher couvre tout le spectre, de l'ultrasonore compact de laboratoire aux systèmes ultrasonores industriels, en passant par les appareils de table.