प्रशिया ब्लू नैनोक्यूब्स की अल्ट्रासोनिक गीली-वर्षा

प्रशिया ब्लू या आयरन हेक्सासायनोफेरेट एक नैनो-संरचित धातु कार्बनिक ढांचा (एमओएफ) है, जिसका उपयोग सोडियम-आयन बैटरी निर्माण, बायोमेडिसिन, स्याही और इलेक्ट्रॉनिक्स में किया जाता है। अल्ट्रासोनिक गीला-रासायनिक संश्लेषण कुशल, विश्वसनीय और तेजी से मार्ग है जो प्रशिया ब्लू नैनोक्यूब्स और प्रशिया ब्लू एनालॉग्स जैसे कॉपर हेक्सासायनोफेरेट और निकल हेक्सासायनोफेरेट का उत्पादन करता है। अल्ट्रासोनिक रूप से अवक्षेपित प्रशिया ब्लू नैनोकणों को संकीर्ण कण आकार वितरण, मोनो-फैलाव और उच्च कार्यक्षमता की विशेषता है।

प्रशिया ब्लू और हेक्सासायनोफेरेट एनालॉग्स

प्रशिया ब्लू या आयरन हेक्सासायनोफेरेट्स का व्यापक रूप से विद्युत रासायनिक अनुप्रयोगों को डिजाइन करने और रासायनिक सेंसर, इलेक्ट्रोक्रोमिक डिस्प्ले, स्याही और कोटिंग्स, बैटरी (सोडियम-आयन बैटरी), कैपेसिटर और सुपरकैपेसिटर, कटियन स्टोरेज सामग्री जैसे एच + या सीएस + के निर्माण के लिए एक कार्यात्मक सामग्री के रूप में उपयोग किया जाता है। इसकी अच्छी रेडॉक्स गतिविधि और उच्च विद्युत रासायनिक स्थिरता के कारण, प्रशिया ब्लू एक धातु-कार्बनिक ढांचा (एमओएफ) संरचना है जिसका उपयोग इलेक्ट्रोड संशोधन के लिए व्यापक रूप से किया जाता है।
विभिन्न अन्य अनुप्रयोगों के अलावा, प्रशिया ब्लू और इसके एनालॉग कॉपर हेक्सासायनोफेरेट और निकल हेक्सासायनोफेरेट का उपयोग क्रमशः नीले, लाल और पीले रंग की स्याही के रूप में किया जाता है।
प्रशिया ब्लू नैनोकणों का एक बड़ा लाभ उनकी सुरक्षा है। प्रशिया ब्लू नैनोपार्टिकल्स पूरी तरह से बायोडिग्रेडेबल, बायोकंपैटिबल हैं, और चिकित्सा अनुप्रयोगों के लिए एफडीए द्वारा अनुमोदित हैं।

प्रशिया ब्लू नैनोक्यूब्स का सोनोकेमिकल संश्लेषण

हेक्सासायनोफेराइट नैनोकणों का संश्लेषण विषम गीले-रासायनिक वर्षा की प्रतिक्रिया है। एक संकीर्ण कण आकार वितरण और मोनोफैलाव के साथ नैनोकणों को प्राप्त करने के लिए, एक विश्वसनीय वर्षा मार्ग की आवश्यकता होती है। अल्ट्रासोनिक वर्षा उच्च गुणवत्ता वाले नैनोकणों और पिगमेंट जैसे मैग्नेटाइट, जिंक मोलिब्डेट, जिंक फॉस्फोमोलिब्डेट, विभिन्न कोर-शेल नैनोकणों आदि के विश्वसनीय, कुशल और सरल संश्लेषण के लिए अच्छी तरह से जाना जाता है।

प्रशिया ब्लू नैनोकणों के लिए गीले-रासायनिक संश्लेषण मार्ग

प्रशिया ब्लू नैनोपार्टिकल संश्लेषण का सोनोकेमिकल मार्ग कुशल, सुगम, तेजी से और पर्यावरण के अनुकूल है। अल्ट्रासोनिक वर्षा उच्च गुणवत्ता वाले प्रशिया ब्लू नैनोक्यूब में पैदा होती है, जो समान छोटे आकार (लगभग 5nm), संकीर्ण आकार वितरण और मोनोडिस्पर्सिटी की विशेषता है।
प्रशिया ब्लू नैनोकणों को बहुलक स्टेबलाइजर्स के साथ या बिना विभिन्न वर्षा मार्गों के माध्यम से संश्लेषित किया जा सकता है।
एक स्थिर बहुलक के उपयोग से बचने, प्रशिया ब्लू nanocubes बस अल्ट्रासोनिक FeCl मिश्रण द्वारा अवक्षेपित किया जा सकता है₃ और के₃[Fe(CN)₆] एच की उपस्थिति में₂O₂.
इस तरह के संश्लेषण में सोनोकेमिस्ट्री के उपयोग ने छोटे नैनोकणों (यानी, सोनिकेशन के बिना प्राप्त ≈50 एनएम के आकार के बजाय आकार में 5 एनएम) प्राप्त करने में मदद की। (डकारो एट अल 2018)

अल्ट्रासोनिक प्रशिया ब्लू संश्लेषण के मामले का अध्ययन

आम तौर पर, प्रशिया नीले नैनोकणों को अल्ट्रासोनिकेशन विधि को नियोजित करके संश्लेषित किया जाता है।
इस तकनीक में, K का 0.05 M विलयन₄[Fe(CN)₆] हाइड्रोक्लोरिक एसिड समाधान के 100 मिलीलीटर (0.1 mol/L) में जोड़ा जाता है। परिणामी K₄[Fe(CN)₆] जलीय घोल को 5 घंटे के लिए 40ºC पर रखा जाता है, जबकि घोल को सोनिकेट किया जाता है और फिर कमरे के तापमान पर ठंडा होने दिया जाता है। प्राप्त नीले उत्पाद को आसुत जल और पूर्ण इथेनॉल के साथ बार-बार फ़िल्टर और धोया जाता है और अंत में 12 घंटे के लिए 25ºC पर वैक्यूम ओवन में सुखाया जाता है।

हेक्सासायनोफेराइट एनालॉग कॉपर हेक्सासायनोफेराइट (CuHCF) को निम्नलिखित मार्ग के माध्यम से संश्लेषित किया गया था:
CuHCF नैनोकणों को निम्नलिखित समीकरण के अनुसार संश्लेषित किया गया था:
Cu(नहीं₃)₃ + के₄[Fe(CN)₆] –> Cu₄[Fe(CN)₆] + केएन0₃

CuHCF nanoparticles are synthesized by the method developed by Bioni et al., 2007. The mixture of 10 mL of 20 mmol L^-1 K₃[Fe(CN)₆] + 0.1 मोल एल^-1 20 mmol L के 10 mL के साथ KCl समाधान^-1 सीयूसीएल₂ + 0.1 मोल ली^-1 KCl, एक सोनिकेशन फ्लास्क में। मिश्रण को तब 60 मिनट के लिए उच्च तीव्रता वाले अल्ट्रासाउंड विकिरण के साथ विकिरणित किया जाता है, जो प्रत्यक्ष विसर्जन टाइटेनियम हॉर्न (20 किलोहर्ट्ज़, 10Wcm) को नियोजित करता है^-1) जिसे घोल में 1 सेमी की गहराई तक डुबोया गया था। मिश्रण के दौरान, हल्के-भूरे रंग के जमा की उपस्थिति देखी जाती है। इस फैलाव को 3 दिनों में एक बहुत ही स्थिर, हल्के भूरे रंग का फैलाव प्राप्त करने के लिए विक्षेपित किया जाता है।
(सीएफ. जस्सल एवं अन्य 2015)

वू एट अल (2006) ने के से सोनोकेमिकल मार्ग के माध्यम से प्रशिया ब्लू नैनोकणों को संश्लेषित किया₄[Fe(CN)₆], जिसमें Fe2+ हाइड्रोक्लोरिक एसिड में अल्ट्रासोनिक विकिरण द्वारा [FeII(CN)6]4- के अपघटन द्वारा निर्मित किया गया था; द फे²⁺ Fe को ऑक्सीकरण किया गया था³⁺ शेष के साथ प्रतिक्रिया करने के लिए [FeII(CN)₆]4− आयन. अनुसंधान समूह ने निष्कर्ष निकाला कि संश्लेषित प्रशिया नीले नैनोक्यूब का समान आकार वितरण प्रभाव अल्ट्रासोनिकेशन के कारण होता है। बाईं ओर एफई-एसईएम छवि वू के शोध समूह द्वारा सोनोकेमिकल रूप से संश्लेषित लौह हेक्सासायनोफेरेट नैनोक्यूब्स दिखाती है।

Large-scale synthesis: to prepare PB nanoparticles on a large-scale, PVP (250 g) and K₃[Fe(CN)₆] (19.8 ग्राम) एचसीएल समाधान (1 एम) के 2,000 एमएल में जोड़ा गया था। समाधान को स्पष्ट होने तक सोनिकेट किया गया था और फिर 20-24 घंटों के लिए उम्र बढ़ने की प्रतिक्रिया प्राप्त करने के लिए 80 डिग्री सेल्सियस पर ओवन में रखा गया था। मिश्रण तो पीबी नैनोकणों के संग्रह के लिए 2 घंटे के लिए 20,000 आरपीएम पर centrifuged था. (सुरक्षा नोट: बनाए गए किसी भी एचसीएन को निष्कासित करने के लिए, प्रतिक्रिया को धूआं हुड में किया जाना चाहिए)।

Sono-Electrochemical Synthesis of Prussian Blue

Another highly efficient synthesis technique for Prussian Blue is the sono-electrochemical route, which synergistically combines electrochemical deposition with high-intensity ultrasound. This method enhances mass transport, accelerates nucleation kinetics, and promotes uniform nanoparticle formation through cavitation-induced micro-mixing and surface activation. This makes the sono-electrochemical Prussian Blue synthesis a reliable pathway for the industrial production of nanoscale Prussian Blue.
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प्रशिया ब्लू संश्लेषण के लिए अल्ट्रासोनिक जांच और सोनोकेमिकल रिएक्टर

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