Ultrazvučna sinteza borofena u industrijskim razmjerima
Borofen, dvodimenzionalni nanostrukturirani derivat bora, može se učinkovito sintetizirati putem facilnog i jeftinog ultrazvučnog pilinga. Ultrazvučni tekući fazni piling može se koristiti za proizvodnju velikih količina visokokvalitetnih borofen nanosheets. Ultrazvučna tehnika pilinga široko se koristi za proizvodnju 2D nanomaterijala (npr. Grafen) i poznata je po svojim prednostima visokokvalitetnih nanosheeta, visokim prinosima, brzom i facilnom radu, kao i ukupnoj učinkovitosti.
Ultrazvučna metoda pilinga za pripremu borofena
Ultrazvučno pogonjen tekući fazni piling široko se koristi za pripremu 2D nanosheeta iz različitih prekursora u rasutom stanju, uključujući grafit (grafen), bor (borofen) među ostalima. U usporedbi s tehnikom kemijskog pilinga, ultrazvučno potpomognut piling tekuće faze smatra se obećavajućom strategijom za pripremu 0D i 2D nanostruktura kao što su kvantne točkice bora (BQD) i borofen. (usp. Wang et al., 2021.)
Shema lijevo pokazuje ultrazvučni niske temperature tekuće piling proces 2D maloslojni borofen listovi. (Studija i slika: ©Lin et al., 2021.)
Sonokemijski reaktor opremljen 2000 W industrijski ultrazvučni procesor UIP2000hdT za piling borofena velikih razmjera.
Studije slučaja ultrazvučnog pilinga borofena
Piling i delaminacija pomoću ultrazvuka snage u procesu tekuće faze široko je proučavan i uspješno primijenjen na borofen i druge derivate bora kao što su kvantne točkice bora, nitrid bora ili magnezijev diborid.
α-borofen
U studiji koju su proveli Göktuna i Taşaltın (2021), α borofen pripremljen je putem facile i jeftinog ultrazvučnog pilinga. Ultrazvučno sintetizirani borofen nanosheets pokazuju α kristalne strukture borofena.
Protokol: 100 mg mikročestica bora ultrazvukom je u 100 ml DMF na 200 W (npr. primjenom UP200St sa S26d14) za 4h u dušiku (N2) tekuća kontrolirana kabina kako bi se spriječila oksidacija tijekom ultrazvučnog procesa pilinga u tekućoj fazi. Otopina ljuštenih čestica bora centrifugirana je s 5000 o / min i 12.000 o / min tijekom 15 minuta, zatim borofen pažljivo sakupljen i osušen u vakuumskom ambijentu 4h na 50ºC. (usp.
Shematska ilustracija borofena s nekoliko slojeva ljuštenih sondom ultrazvučno potpomognutog procesa obrade solvotermalnog zračenja.
Studija i slika: ©Zhang i sur., 2020
Maloslojni borofen
(2020) prijaviti tehniku pilinga acetonske solvotermalne tekuće faze, koja omogućuje proizvodnju visokokvalitetnog borofena velike horizontalne veličine. Koristeći učinak oticanja acetona, prekursor praha bora najprije je navlažen u acetonu. Zatim je navlaženi prekursor bora dodatno solvotermalno tretiran u acetonu na 200ºC, nakon čega je uslijedila ultrazvukom sa sobnim sonikatorom na 225 W za 4h. Konačno je dobiven borofen s nekoliko slojeva bora i horizontalnom veličinom do 5,05 mm. Tehnika pilinga tekuće faze potpomognuta acetonom može se koristiti za pripremu nanosheeta bora velikih horizontalnih veličina i visoke kvalitete. (usp. Zhang et al., 2020.)
Kada se XRD uzorak ultrazvučno ljuštenog borofena uspoređuje s prekursorom masovnog bora, može se promatrati sličan XRD uzorak. Većina glavnih difrakcijskih vrhova može se indeksirati na b-romboedarski bor, što sugerira da je kristalna struktura gotovo očuvana prije i nakon tretmana pilinga.
SEM slike niske rezolucije (a) i visoke rezolucije (b) borofena s nekoliko slojeva dobivenih ultrazvučno potpomognutim solvotermalnim pilingom u acetonu
Studija i slika: ©Zhang i sur., 2020
XRD uzorci (a) i Raman spektri (b) neobrađenog masovnog bora i borofena s nekoliko slojeva dobivenih sonda ultrazvučnim potpomognutim solvotermalnim pilingom.
Studija i slika: ©Zhang i sur., 2020
Sonokemijska sinteza kvantnih točkica bora
(2020) uspješno je pripremio velike i ujednačene kristalne poluvodičke kvantne točke bora (BQD) iz proširenog praha bora u acetonitrilu, visoko polarnom organskom otapalu, koristeći snažan sonda tipa ultrasonicator (npr. UP400St, UIP500hdT ili UIP1000hdT). Sintetizirane kvantne točkice bora debljine 2,46 ±0,4 nm u bočnoj veličini i debljine 2,81 ±0,5 nm.
Protokol: U tipičnoj pripremi kvantnih točkica bora, 30 mg praha bora prvo je dodano u tikvicu s tri vrata, a zatim je u bocu dodano 15 ml acetonitrila prije procesa ultrazvuka. Piling je proveden na izlaznoj snazi od 400 W (npr. primjenom UIP500hdT), frekvencija 20kHz i ultrazvučno vrijeme od 60 min. Kako bi se izbjeglo pregrijavanje otopine tijekom ultrazvuka, hlađenje pomoću ledene kupke ili laboratorijskog hladnjaka primijenjeno je za stalnu temperaturu. Dobivena otopina centrifugirana je pri 1500 o / min tijekom 60 minuta. Supernatant koji je sadržavao kvantne točkice bora nježno je izvađen. Svi eksperimenti provedeni su na sobnoj temperaturi. (usp. Hao et al., 2020.)
U studiji Wang et al. (2021), istraživač priprema kvantne točkice bora koristeći ultrazvučnu tehniku pilinga tekuće faze. Dobili su monodisperziranu kvantnu točku bora s raspodjelom uske veličine, izvrsnom disperzibilnošću, visokom stabilnošću u IPA otopini i fluorescencijom s dvije fotografije.
TEM slike i odgovarajuća raspodjela promjera BQD-a pripremljenih u različito ultrazvučnim uvjetima. (a) TEM slika BQDs-2 sintetizirana na 400 W za 2 h. (b) TEM slika BQDs-3 sintetizirana na 550 W za 1 h. (c) TEM slika BQDs-3 sintetizirana na 400 W za 4 h. (d) Raspodjela promjera kvantnih točaka dobivenih od (a). (e) Raspodjela promjera kvantnih točaka dobivenih iz (b). (f) Raspodjela promjera kvantnih točaka dobiva od (c).
Studija i slika: ©Hao et al., 2020
Ultrazvučni piling magnezij diborida nanosheets
Proces pilinga proveden je suspenzijom 450mg magnezijevog diborida
(MgB2) prašak (oko 100 veličina mreže / 149 mikrona) u 150 ml vode i izlaganje ultrazvuku 30 minuta. Ultrazvučni piling može se provesti sa sonda tipa ultrasonicator kao što su Uf200 ः t ili UP400St amplitudom od 30% i načinom ciklusa od 10sec na/off impulsima. Ultrazvučni piling rezultira tamnom crnom suspenzijom. Crna boja može se pripisati boji netaknutog MgB2 praha.
Sekvenca velike brzine (od a do f) okvira koji ilustriraju sono-mehanički piling grafitne pahuljice u vodi pomoću UP200S, 200W ultrasonicator sa 3mm sonotrode. Strelice pokazuju mjesto cijepanja (piling) s kavitacijskim mjehurićima koji prodiru u rascjep.
© Tyurnina i sur. 2020.
Snažni ultrasonicators za borofen piling na bilo kojoj skali
Hielscher Ultrasonics dizajnira, proizvodi i distribuira robusne i pouzdane ultrasonicators u bilo kojoj veličini. Od kompaktnog laboratorija ultrazvučnih uređaja do industrijskih ultrazvučnih sondi i reaktora, Hielscher ima idealan ultrazvučni sustav za vaš proces. S dugogodišnjim iskustvom u primjenama kao što su sinteza nanomaterijala i disperzija, naše dobro obučeno osoblje preporučit će vam najprikladnije postavljanje za vaše zahtjeve. Hielscher industrijski ultrazvučni procesori poznati su kao pouzdani radni konji u industrijskim postrojenjima. Sposobni isporučiti vrlo visoke amplitude, Hielscher ultrasonicators su idealni za primjene visokih performansi kao što su borofen ili grafen piling, kao i nanomaterijske disperzije. Amplitude do 200 μm mogu se lako kontinuirano izvoditi u 24/7 radu. Za još veće amplitude dostupne su prilagođene ultrazvučne sonotrode.
Sva oprema je dizajnirana i proizvedena u našem sjedištu u Njemačkoj. Prije isporuke kupcu, svaki ultrazvučni uređaj pažljivo se testira pod punim opterećenjem. Težimo zadovoljstvu kupaca i naša proizvodnja je strukturirana kako bi ispunila najviše osiguranje kvalitete (npr. ISO certifikat).
- visoka efikasnost
- Najmodamoksna tehnologija
- pouzdanost & robusnost
- serija & u redu
- za bilo koji volumen
- inteligentni softver
- pametne značajke (npr. protokoliranje podataka)
- CIP (čist na mjestu)
Tablica u nastavku daje vam pokazatelj približne mogućnosti obrade naših ultrazvučnih uređaja:
| Batch Volumen | Protok | Preporučeni uređaji |
|---|---|---|
| 1 do 500 mL | 10 do 200 mL / min | UP100H |
| 10 do 2000 ml | 20 do 400 mL / min | Uf200 ः t, UP400St |
| 0.1 do 20L | 0.2 do 4L / min | UIP2000hdT |
| 10 do 100L | 2 do 10 l / min | UIP4000hdT |
| N.a. | 10 do 100 l / min | UIP16000 |
| N.a. | veći | grozd UIP16000 |
Kontaktirajte nas! / Pitajte nas!
Hielscher Ultrasonics proizvodi ultrazvučne homogenizatore visokih performansi za miješanje aplikacija, disperziju, emulzifikaciju i ekstrakciju na laboratorijskim, pilotskim i industrijskim razmjerima.
Književnost / Reference
- 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.
Činjenice koje vrijedi znati
Borofen
Borofen je kristalni atomski monosloyer bora, odnosno dvodimenzionalni alotrop bora (koji se naziva i bor nanosheet). Njegove jedinstvene fizičke i kemijske karakteristike pretvaraju borofen u vrijedan materijal za brojne industrijske primjene.
Boropheneova iznimna fizikalna i kemijska svojstva uključuju jedinstvene mehaničke, toplinske, elektroničke, optičke i supravodljive aspekte.
To otvara mogućnosti korištenja borofena za primjenu u ionskim baterijama alkalijskih metala, Li-S baterijama, skladištenju vodika, superkapacitoru, smanjenju kisika i evoluciji, kao i elektroreducijskoj reakciji CO2. Posebno velik interes ide u borofen kao anodni materijal za baterije i kao materijal za skladištenje vodika. Zbog visokih teorijskih specifičnih kapaciteta, elektronske vodljivosti i ionske transportne sposobnosti, borofen se kvalificira kao veliki anodni materijal za baterije. Zbog velikog kapaciteta adsorbicije vodika za borofen, nudi veliki potencijal za skladištenje vodika - s kapacitetom strogena preko 15% njegove težine.
Borofen za skladištenje vodika
Dvodimenzionalni (2D) materijali na bazi bora dobivaju veliku pozornost kao H2 mediji za pohranu zbog niske atomske mase bora i stabilnosti ukrašavanja lužnatih metala na površini, što poboljšava interakcije s H2. Dvodimenzionalni borofen nanosheets, koji se lako može sintetizirati pomoću ultrazvučnog pilinga tekuće faze kao što je gore opisano, pokazali su dobar afinitet za različite atome za ukrašavanje metala, u kojima se može pojaviti grupiranje metalnih atoma. Koristeći različite metalne ukrase, kao što su Li, Na, Ca i Ti na različitim poliferfima borofena, dobivene su impresivne gravimetrijske gustoće H2 u rasponu od 6 do 15 wt %, premašujući zahtjev američkog ministarstva energetike (DOE) za skladištenje na brodu od 6,5wt% H2. (usp. Habibi et al., 2021.)
Hielscher Ultrasonics proizvodi ultrazvučne homogenizatore visokih performansi Laboratorija do industrijske veličine.