Le bleu de Prusse ou hexacyanoferrate de fer est une structure organique métallique nanostructurée (MOF), utilisée dans la fabrication de batteries sodium-ion, la biomédecine, les encres et l'électronique. La synthèse chimique humide par ultrasons est une voie 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 sont caractérisées par une distribution granulométrique étroite, une mono-dispersion et une grande fonctionnalité.

Analogues du bleu de Prusse et de l'hexacyanoferrate

Le bleu de Prusse ou les hexacyanoferrates de fer sont largement utilisés comme matériau fonctionnel pour concevoir des applications électrochimiques et pour fabriquer des capteurs chimiques, des écrans électrochromiques, 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 théranostics 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) qui est largement utilisée pour la modification des 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.
L'un des grands avantages des nanoparticules de bleu de Prusse est leur sécurité. Les nanoparticules de bleu de Prusse sont entièrement biodégradables, biocompatibles et approuvées par la FDA pour des applications médicales.

Synthèse sonochimique des nanocubes bleus de Prusse

La synthèse des nanoparticules de bleu de Prusse / hexacyanoferrite est une réaction de précipitation chimique humide hétérogène. Afin d'obtenir des nanoparticules ayant une distribution granulométrique étroite et une monodispersité, une voie de précipitation fiable est nécessaire. La précicipitation 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 et à coque, etc.

Voies de synthèse chimique par voie humide pour les nanoparticules bleues de Prusse

La voie sonochimique de la synthèse des nanoparticules de bleu de Prusse est efficace, facile, rapide et respectueuse de l'environnement. La précipitation par ultrasons permet d'obtenir des nanocubes de bleu de Prusse de haute qualité, qui se caractérisent 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 différentes voies 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 H₂la₂.
L'utilisation de la sonochimie dans ce type de synthèse a permis d'obtenir des nanoparticules plus petites (c'est-à-dire d'une taille de 5 nm au lieu d'une taille de ≈50 nm obtenue sans sonication). (Dacarro et al. 2018)

Études de cas sur la synthèse ultrasonique du bleu de Prusse

En général, les nanoparticules bleues de Prusse sont synthétisées par la méthode des ultrasons.
Dans cette technique, une solution de 0,05 M de K₄[Fe(CN)₆] est ajouté à 100 ml de solution d'acide chlorhydrique de (0,1 mol/L). Le K₄[Fe(CN)₆La solution aqueuse de l'acide chlorhydrique est maintenue à 40ºC pendant 5 heures tout en sonifiant la solution, 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 sous vide à 25ºC pendant 12 h.

L'hexacyanoferrite de cuivre analogique (CuHCF) a été synthétisé par la voie 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. 2007 [1]. Le mélange de 10 ml de 20 mmol L^-1 K₃[Fe(CN)₆] + 0,1 mol L^-1 Solution de KCl avec 10 ml de 20 mmol L^-1 CuCl₂ + 0,1 mol L^-1 KCl, dans un flacon de sonication. Le mélange est ensuite irradié avec un rayonnement ultrasonore de haute intensité pendant 60 minutes, à l'aide d'une corne en titane à immersion directe (20 kHz, 10 Wcm^-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 marron 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)₆dans laquelle le Fe2+ a été produit par la décomposition du [FeII(CN)6]4- par irradiation ultrasonique dans l'acide chlorhydrique ; le Fe²⁺ a été oxydée en Fe³⁺ de réagir avec les [FeII(CN)] restants₆]4 ions. Le groupe de recherche a conclu que la distribution de taille uniforme des nanocubes bleus de Prusse synthétisés est due aux effets des ultrasons. L'image FE-SEM de gauche montre des nanocubes d'hexacyanoferrate de fer synthétisés par le groupe de recherche de Wu.

Synthèse à grande échelle : pour préparer des nanoparticules PB à grande échelle, PVP (250 g) et K₃[Fe(CN)₆] (19,8 g) ont été ajoutés dans 2 000 ml de solution de HCl (1 M). La solution a été soumise à une sonication jusqu'à ce qu'elle soit claire, puis placée dans une étuve 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 la collecte des nanoparticules de PB. (Note de sécurité : pour expulser tout HCN créé, la réaction doit être effectuée sous une hotte).

Sondes ultrasoniques et réacteurs sonochimiques pour la synthèse du bleu de Prusse

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Synthèse par lots et en ligne

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Des amplitudes précisément contrôlables pour des résultats optimaux

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La robustesse des équipements à ultrasons de Hielscher permet un fonctionnement 24 heures sur 24, 7 jours sur 7, dans des environnements difficiles. Cela fait de l'équipement à ultrasons de Hielscher un outil de travail fiable qui répond à vos exigences en matière de procédés sonochimiques.

La plus haute qualité – Conçu et fabriqué en Allemagne

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Le tableau ci-dessous vous donne une indication de la capacité de traitement approximative de nos ultrasonicators: