Précipitation humide ultrasonique de nanocubes de bleu de Prusse
Le bleu de Prusse ou hexacyanoferrate de fer est un cadre organique métallique (MOF) nanostructuré, utilisé dans la fabrication de batteries sodium-ion, la biomédecine, les encres et l'électronique. La synthèse chimique humide par ultrasons est une méthode efficace, fiable et rapide pour produire des nanocubes de bleu de Prusse et des analogues du bleu de Prusse tels que l'hexacyanoferrate de cuivre et l'hexacyanoferrate de nickel. Les nanoparticules de bleu de Prusse précipitées par ultrasons se caractérisent par une distribution étroite de la taille des particules, une mono-dispersité et une fonctionnalité élevée.
Bleu de Prusse et analogues de l'hexacyanoferrate
Le bleu de Prusse ou les hexacyanoferrates de fer sont largement utilisés comme matériau fonctionnel pour concevoir des applications électrochimiques et fabriquer des capteurs chimiques, des écrans électrochromes, des encres et des revêtements, des batteries (batteries sodium-ion), des condensateurs et des supercondensateurs, des matériaux de stockage de cations tels que pour H+ ou Cs+, des catalyseurs, des produits théranostiques et autres. En raison de sa bonne activité redox et de sa grande stabilité électrochimique, le bleu de Prusse est une structure métallo-organique (MOF) largement utilisée pour modifier les électrodes.
Outre diverses autres applications, le bleu de Prusse et ses analogues, l'hexacyanoferrate de cuivre et l'hexacyanoferrate de nickel, sont utilisés comme encres de couleur bleue, rouge et jaune, respectivement.
La sécurité des nanoparticules de bleu de Prusse constitue un avantage considérable. Les nanoparticules de bleu de Prusse sont entièrement biodégradables, biocompatibles et approuvées par la FDA pour des applications médicales.
Synthèse sonochimique de nanocubes de bleu de Prusse
La synthèse des nanoparticules de bleu de Prusse? hexacyanoferrite est une réaction de précipitation hétérogène par voie humide. Afin d'obtenir des nanoparticules avec une distribution granulométrique étroite et une monodispersité, une voie de précipitation fiable est nécessaire. La précipitation ultrasonique est bien connue pour la synthèse fiable, efficace et simple de nanoparticules et de pigments de haute qualité tels que la magnétite, le molybdate de zinc, le phosphomolybdate de zinc, diverses nanoparticules à noyau-coquille, etc.
L'ultrasonateur UIP2000hdT est un appareil sonochimique puissant pour la synthèse et la précipitation de nanoparticules.
Voies de synthèse par voie humide des nanoparticules de bleu de Prusse
La voie sonochimique de synthèse des nanoparticules de bleu de Prusse est efficace, facile, rapide et respectueuse de l'environnement. La précipitation ultrasonique permet d'obtenir des nanocubes de bleu de Prusse de haute qualité, caractérisés par une petite taille uniforme (environ 5 nm), une distribution de taille étroite et une monodispersité.
Les nanoparticules de bleu de Prusse peuvent être synthétisées par diverses méthodes de précipitation, avec ou sans stabilisateurs polymères.
En évitant l'utilisation d'un polymère stabilisant, les nanocubes de bleu de Prusse peuvent être précipités simplement en mélangeant par ultrasons du FeCl3 et K3[Fe(CN)6en présence de H2O2.
L'utilisation de la sonochimie dans ce type de synthèse a permis d'obtenir des nanoparticules plus petites (soit 5 nm au lieu d'une taille de ≈50 nm obtenue sans sonication). (Dacarro et al. 2018)
Études de cas sur la synthèse du bleu de Prusse par ultrasons
Généralement, les nanoparticules de bleu de Prusse sont synthétisées par la méthode des ultrasons.
Dans cette technique, une solution 0,05 M de K4[Fe(CN)6est ajouté à 100 ml de solution d'acide chlorhydrique (0,1 mol/L). Le K4[Fe(CN)6La solution aqueuse de [...] est maintenue à 40 ºC pendant 5 h tout en la soniquant, puis on la laisse refroidir à température ambiante. Le produit bleu obtenu est filtré et lavé à plusieurs reprises avec de l'eau distillée et de l'éthanol absolu, puis séché dans une étuve à vide à 25 °C pendant 12 heures.
L'analogue de l'hexacyanoferrite, l'hexacyanoferrite de cuivre (CuHCF), a été synthétisé selon la méthode suivante :
Les nanoparticules de CuHCF ont été synthétisées selon l'équation suivante :
Cu(NO3)3 + K4[Fe(CN)6] –> Cu4[Fe(CN)6] + KN03
Les nanoparticules de CuHCF sont synthétisées selon la méthode développée par Bioni et al. en 2007 [1]. Le mélange de 10 mL de 20 mmol de L-1 K3[Fe(CN)6] + 0,1 mol L-1 KCl avec 10 mL de 20 mmol L-1 CuCl2 + 0,1 mol L-1 KCl, dans un ballon de sonication. Le mélange est ensuite irradié par des ultrasons de haute intensité pendant 60 minutes, à l'aide d'un cornet en titane à immersion directe (20 kHz, 10Wcm-1) qui a été plongé jusqu'à une profondeur de 1 cm dans la solution. Au cours du mélange, on observe l'apparition d'un dépôt brun clair. Cette dispersion est dialysée pendant 3 jours afin d'obtenir une dispersion très stable de couleur brun clair.
(cf. Jassal et al. 2015)
Wu et al. (2006) ont synthétisé des nanoparticules de bleu de Prusse par voie sonochimique à partir de K4[Fe(CN)6], dans lequel Fe2+ a été produit par la décomposition de [FeII(CN)6]4- par irradiation ultrasonique dans de l'acide chlorhydrique ; le Fe2+ a été oxydé en Fe3+ pour réagir avec les restes de [FeII(CN)6]4−. Le groupe de recherche a conclu que la distribution uniforme de la taille des nanocubes de bleu de Prusse synthétisés est causée par les effets des ultrasons. L’image FE-SEM de gauche montre des nanocubes d’hexacyanoferrate de fer synthétisés par sonochimie par le groupe de recherche de Wu.
Synthèse à grande échelle : pour préparer des nanoparticules de PB à grande échelle, on a utilisé du PVP (250 g) et du K3[Fe(CN)6(19,8 g) ont été ajoutés à 2 000 ml de solution de HCl (1 M). La solution a été soniquée jusqu'à ce qu'elle soit claire, puis placée dans un four à 80°C pour obtenir une réaction de vieillissement pendant 20 à 24 heures. Le mélange a ensuite été centrifugé à 20 000 tours/minute pendant 2 heures pour recueillir les nanoparticules de PB. (Note de sécurité : afin d'expulser tout HCN créé, la réaction doit être effectuée sous une hotte).
Micrographie TEM de nanocubes de bleu de Prusse stabilisés avec du citrate
Sondes ultrasoniques et réacteurs sonochimiques pour la synthèse du bleu de Prusse
Hielscher Ultrasonics est un fabricant de longue date d'équipements ultrasoniques de haute performance utilisés dans le monde entier dans les laboratoires et la production industrielle. La synthèse et la précipitation sonochimiques de nanoparticules et de pigments sont des applications exigeantes qui requièrent des sondes ultrasoniques de grande puissance générant des amplitudes constantes. Tous les appareils à ultrasons Hielscher sont conçus et fabriqués pour fonctionner 24 heures sur 24 et 7 jours sur 7 à pleine charge. Les processeurs à ultrasons sont disponibles depuis les ultrasons de laboratoire compacts de 50 watts jusqu'aux puissants systèmes à ultrasons en ligne de 16 000 watts. Une grande variété de pavillons d'amplification, de sonotrodes et de cellules d'écoulement permet la configuration individuelle d'un système sonochimique en fonction des précurseurs, de la voie d'accès et du produit final.
Hielscher Ultrasonics fabrique des sondes à ultrasons haute performance qui peuvent être spécialement réglées pour fournir le spectre complet d’amplitudes très légères à très élevées. Si votre application sonochimique nécessite des spécifications inhabituelles (par exemple, des températures très élevées), des sonotrodes à ultrasons personnalisées sont disponibles. La robustesse de l’équipement à ultrasons de Hielscher permet un fonctionnement 24 heures sur 24 et 7 jours sur 7 dans des environnements lourds et exigeants.
Synthèse sonochimique par lots et en ligne
Les sondes ultrasoniques Hielscher peuvent être utilisées pour la sonication en ligne par lots ou en continu. En fonction du volume et de la vitesse de réaction, nous vous recommanderons l'installation ultrasonique la mieux adaptée.
Sondes ultrasoniques et sonoréacteurs pour tous les volumes
La gamme de produits Hielscher Ultrasonics couvre tout le spectre des processeurs à ultrasons, depuis les ultrasons de laboratoire compacts jusqu'aux processeurs à ultrasons industriels capables de traiter des camions à l'heure, en passant par les systèmes de paillasse et les systèmes pilotes. La gamme complète de produits nous permet de vous proposer l'équipement ultrasonique le mieux adapté à votre liquide, à votre capacité de traitement et à vos objectifs de production.
Amplitudes contrôlables avec précision pour des résultats optimaux
Tous les processeurs à ultrasons Hielscher sont contrôlables avec précision et donc des outils de travail fiables. L'amplitude est l'un des paramètres cruciaux du processus qui influence l'efficacité des réactions induites par la sonochimie et la sonomécanique. Tous les produits Hielscher Ultrasonics’ Les processeurs permettent un réglage précis de l’amplitude. Les sonotrodes et les avertisseurs sonores sont des accessoires qui permettent de modifier l’amplitude dans une plage encore plus large. Les processeurs à ultrasons industriels de Hielscher peuvent fournir des amplitudes très élevées et fournir l’intensité ultrasonore requise pour les applications exigeantes. Des amplitudes allant jusqu’à 200 μm peuvent être facilement exécutées en continu en fonctionnement 24 heures sur 24 et 7 jours sur 7.
Des réglages précis de l'amplitude et le contrôle permanent des paramètres du processus ultrasonique via un logiciel intelligent vous permettent de synthétiser vos nanocubes de bleu de Prusse et vos analogues d'hexacyanoferrate dans les conditions ultrasoniques les plus efficaces. Une sonication optimale pour une synthèse de nanoparticules la plus efficace possible !
La robustesse de l’équipement à ultrasons de Hielscher permet un fonctionnement 24 heures sur 24 et 7 jours sur 7 dans des environnements lourds et exigeants. Cela fait de l’équipement à ultrasons de Hielscher un outil de travail fiable qui répond aux exigences de votre processus sonochimique.
La plus haute qualité – Conçu et fabriqué en Allemagne
En tant qu’entreprise familiale, Hielscher privilégie les normes de qualité les plus élevées pour ses processeurs à ultrasons. Tous les ultrasonisateurs sont conçus, fabriqués et testés de manière approfondie dans notre siège social à Teltow, près de Berlin, en Allemagne. La robustesse et la fiabilité de l’équipement à ultrasons de Hielscher en font un cheval de bataille dans votre production. Le fonctionnement 24 heures sur 24 et 7 jours sur 7 à pleine charge et dans des environnements exigeants est une caractéristique naturelle des sondes et des réacteurs à ultrasons haute performance de Hielscher.
Le tableau ci-dessous vous donne une indication de la capacité de traitement approximative de nos ultrasons :
| Volume du lot | Débit | Dispositifs recommandés |
|---|---|---|
| 1 à 500mL | 10 à 200mL/min | UP100H |
| 10 à 2000mL | 20 à 400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0.1 à 20L | 0.2 à 4L/min | UIP2000hdT |
| 10 à 100L | 2 à 10L/min | UIP4000hdT |
| n.d. | 10 à 100L/min | UIP16000 |
| n.d. | plus grande | groupe de UIP16000 |
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Homogénéisateurs ultrasoniques haute puissance de laboratoires à pilote et Industriel échelle.
Littérature? Références
- Xinglong Wu, Minhua Cao, Changwen Hu, Xiaoyan He (2006): Sonochemical Synthesis of Prussian Blue Nanocubes from a Single-Source Precursor. Crystal Growth & Design 2006, 6, 1, 26–28.
- Vidhisha Jassal, Uma Shanker, Shiv Shanka (2015): Synthesis, Characterization and Applications of Nano-structured Metal Hexacyanoferrates: A Review. Journal of Environmental Analytical Chemistry 2015.
- Giacomo Dacarro, Angelo Taglietti, Piersandro Pallavicini (2018): Prussian Blue Nanoparticles as a Versatile Photothermal Tool. Molecules 2018, 23, 1414.
- Aharon Gedanken (2003): Sonochemistry and its application to nanochemistry. Current Science Vol. 85, No. 12 (25 December 2003), pp. 1720-1722.
Qu'il faut savoir
Bleu de Prusse
Le bleu de Prusse est appelé chimiquement hexacyanoferrate de fer (hexacyanoferrate(II,III) de fer), mais il est également connu sous les noms de bleu de Berlin, ferrocyanure ferrique, hexacyanoferrate ferrique, ferrocyanure(III), hexacyanoferrate(II) de fer(III) et bleu de Paris.
Le bleu de Prusse est décrit comme un pigment bleu foncé produit par l'oxydation de sels de ferrocyanure ferreux. Il contient de l'hexacyanoferrate(II) ferrique dans une structure cristalline à réseau cubique. Il est insoluble dans l'eau mais tend également à former un colloïde et peut donc exister sous une forme colloïdale ou soluble dans l'eau, et sous une forme insoluble. Il est administré par voie orale à des fins cliniques pour servir d'antidote à certains types d'empoisonnement aux métaux lourds, tels que le thallium et les isotopes radioactifs du césium.
Les analogues de l'hexacyanoferrate de fer (bleu de Prusse) sont l'hexacyanoferrate de cuivre, l'hexacyanoferrate de cobalt, l'hexacyanoferrate de zinc et l'hexacyanoferrate de nickel.
batteries sodium-ion
La batterie sodium-ion (NIB) est un type de batterie rechargeable. Contrairement à la batterie lithium-ion, la batterie sodium-ion utilise des ions sodium (Na+) au lieu du lithium comme porteurs de charge. Pour le reste, la composition, le principe de fonctionnement et la construction des cellules sont largement identiques à ceux des batteries lithium-ion courantes et largement utilisées. La principale différence entre ces deux types de batteries est que les condensateurs Li-ion utilisent des composés de lithium, tandis que les batteries Na-ion utilisent des métaux de sodium. Cela signifie que la cathode d'une batterie sodium-ion contient du sodium ou des composites de sodium et une anode (pas nécessairement un matériau à base de sodium) ainsi qu'un électrolyte liquide contenant des sels de sodium dissociés dans des solvants polaires protiques ou aprotiques. Pendant la charge, les Na+ sont extraits de la cathode et insérés dans l'anode tandis que les électrons circulent dans le circuit externe ; pendant la décharge, le processus inverse se produit : les Na+ sont extraits de l'anode et réinsérés dans la cathode tandis que les électrons circulent dans le circuit externe pour effectuer un travail utile. Idéalement, les matériaux de l'anode et de la cathode devraient pouvoir supporter des cycles répétés de stockage de sodium sans se dégrader afin de garantir un long cycle de vie.
La synthèse sonochimique est une technique fiable et efficace pour produire des sels métalliques de sodium en vrac de haute qualité, qui peuvent être utilisés pour la fabrication de condensateurs sodium-ion. La synthèse de la poudre de sodium est réalisée par dispersion ultrasonique de sodium métallique fondu dans de l'huile minérale. Si vous êtes intéressé par la synthèse ultrasonique de sels métalliques de sodium, demandez-nous plus d'informations en remplissant le formulaire de contact, en nous envoyant un courriel (à info@hielscher.com) ou en nous contactant par courrier électronique. nous appeler!
Structures de charpente métallo-organique
Les cadres métallo-organiques (MOF) sont une classe de composés constitués d'ions métalliques ou de clusters coordonnés à des ligands organiques, qui peuvent former des structures unidimensionnelles, bidimensionnelles ou tridimensionnelles. Ils constituent une sous-classe des polymères de coordination. Les polymères de coordination sont formés de métaux liés par des ligands (appelés molécules de liaison) de manière à former des motifs de coordination répétitifs. Leurs principales caractéristiques sont la cristallinité et le fait d'être souvent poreux.
En savoir plus sur la synthèse par ultrasons de structures de type métal-organique (MOF) !