Ultrahangos borofén szintézis ipari méretekben
A borofén, a bór kétdimenziós nanostrukturált származéka, hatékonyan szintetizálható egy facile és olcsó ultrahangos hámlasztással. Az ultrahangos folyadékfázisú hámlasztás nagy mennyiségű, kiváló minőségű borofén nanolemez előállítására használható. Az ultrahangos hámlasztási technikát széles körben használják 2D nanoanyagok (pl. grafén) előállítására, és jól ismert a kiváló minőségű nanolemezek, a magas hozamok, a gyors és könnyű működés, valamint az általános hatékonyság előnyeiről.
Ultrahangos hámlasztási módszer borofén előkészítéshez
Az ultrahanggal vezérelt folyadékfázisú hámlást széles körben használják 2D nanolemezek előállítására különböző ömlesztett prekurzorokból, beleértve többek között grafitot (grafént), bórt (borofén). A kémiai hámlasztási technikával összehasonlítva az ultrahanggal segített folyadékfázisú hámlás ígéretesebb stratégiának tekinthető az 0D és 2D nanostruktúrák, például bór kvantumpontok (BQD-k) és borofén előállítására. (vö. Wang et al., 2021)
A bal oldali séma a 2D néhány rétegű borofén lapok ultrahangos alacsony hőmérsékletű folyadékhámlasztási folyamatát mutatja. (Tanulmány és kép: ©Lin et al., 2021.)
Esettanulmányok ultrahangos borofén hámlasztásról
A folyadékfázisú folyamatban teljesítmény ultrahanggal történő hámlasztást és delaminációt széles körben tanulmányozták és sikeresen alkalmazták borofénre és más bórszármazékokra, például bór kvantumpontokra, bór-nitridre vagy magnézium-diboridra.
α-borofén
A Göktuna és Taşaltın (2021) által végzett tanulmányban α borofént könnyed és olcsó ultrahangos hámlasztással állítottuk elő. Az ultrahanggal szintetizált borofén nanolemezek α borofén kristályszerkezetet mutatnak.
Protokoll: 100 mg bór mikrorészecskéket ultrahanggal kezeltünk 100 ml DMF-ben 200 W-on (pl. UP200St és S26d14 használatával) 4órán keresztül nitrogénben (N2) áramlásvezérelt kabin, hogy megakadályozza az oxidációt az ultrahangos folyadékfázisú hámlasztási folyamat során. A hámlasztott bórrészecskék oldatát 5000 fordulat / perc és 12 000 fordulat / perc sebességgel centrifugáltuk 15 percig, majd a borofént óvatosan összegyűjtöttük és vákuumkörnyezetben 4 órán át 50 ° C-on szárítottuk. (vö. Göktuna és Taşaltın, 2021)
Kétrétegű borofén
Zhang et al. (2020) acetonos solvoterm folyadékfázisú hámlasztási technikáról számol be, amely lehetővé teszi kiváló minőségű, nagy vízszintes méretű borofén előállítását. Az aceton duzzadó hatását felhasználva a bórpor prekurzort először acetonban nedvesítettük. Ezután a nedvesített bór prekurzort tovább oldotttermileg kezeltük acetonban 200 ° C-on, majd szonda típusú szondával szondával szondázó szondázóval 225 W-on 4 órán keresztül. Végül néhány réteg bórral és 5, 05 mm-es vízszintes méretű borofént kaptunk. Az aceton solvoterm-asszisztált folyadékfázisú hámlasztási technika nagy vízszintes méretű és kiváló minőségű bór nanolemezek készítésére használható. (vö. Zhang et al., 2020)
Amikor az ultrahanggal hámlasztott borofén XRD mintáját összehasonlítjuk az ömlesztett bór prekurzorral, hasonló XRD minta figyelhető meg. A legtöbb fő diffrakciós csúcs indexelhető a b-romboéderes bórhoz, ami arra utal, hogy a kristályszerkezet majdnem konzerválódott a hámlasztó kezelés előtt és után.
A bór kvantumpontok szonokémiai szintézise
Hao et al. (2020) sikeresen készített nagyméretű és egységes kristályos félvezető bór kvantumpontokat (BQD) acetonitrilben, erősen poláris szerves oldószerben habosított bórporból, erős szonda típusú ultrahangos készülékkel (pl. UP400ST, UIP500hdt vagy UIP1000hdt). A szintetizált bór kvantumpontok oldalirányú mérete 2,46 ±0,4 nm, vastagsága pedig 2,81 ±0,5 nm.
Protokoll: A bór kvantumpontok tipikus előkészítésében 30 mg bórport adtunk először egy háromnyakú lombikba, majd 15 ml acetonitrilt adtunk a palackba az ultrahangos eljárás előtt. A hámlasztást 400 W kimenő teljesítménnyel végeztük (pl. UIP500hdt), 20kHz frekvencia és ultrahangos idő 60 perc. Az oldat túlmelegedésének elkerülése érdekében az ultrahangos kezelés során jégfürdővel vagy laboratóriumi hűtővel történő hűtést alkalmaztunk állandó hőmérsékleten. A kapott oldatot 1500 fordulat / perc sebességgel centrifugáltuk 60 percig. A felülúszó bór kvantumpontokat tartalmazott, finoman extrahálták. Minden kísérletet szobahőmérsékleten végeztünk. (vö. Hao et al., 2020)
Wang et al. (2021) tanulmányában a kutató bór kvantumpontokat készít ultrahangos folyadékfázisú hámlasztási technikával is. Monodiszpergált bór kvantumpontot kaptak szűk méreteloszlással, kiváló diszpergálhatósággal, nagy stabilitással IPA oldatban és kétfotós fluoreszcenciával.
A magnézium-diborid nanolemezek ultrahangos hámlasztása
A hámlasztás folyamatát 450 mg magnézium-diborid szuszpendálásával végeztük
(MgB2) por (kb. 100 szembőség / 149 mikron) 150 ml vízben, és ultrahangos kezelésnek kitéve 30 percig. Az ultrahangos hámlasztás szonda típusú ultrahangos készülékkel végezhető el, mint például a UP200Ht vagy UP400ST 30%-os amplitúdóval és 10 másodperces be- és kikapcsoló impulzusok ciklusmódjával. Az ultrahangos hámlasztás sötétfekete szuszpenziót eredményez. A fekete szín az érintetlen MgB2 por színének tulajdonítható.
Erőteljes ultrahangos készülékek borofén hámlasztáshoz bármilyen méretben
Hielscher Ultrasonics tervez, gyárt, és forgalmaz robusztus és megbízható ultrahangos készülékek bármilyen méretben. A kompakt laboratóriumi ultrahangos készülékektől az ipari ultrahangos szondákig és reaktorokig a Hielscher ideális ultrahangos rendszerrel rendelkezik a folyamathoz. Az olyan alkalmazásokban, mint a nanoanyagok szintézise és diszperziója, sokéves tapasztalattal rendelkezünk, jól képzett munkatársaink a legmegfelelőbb beállítást ajánlják az ypour követelményeinek. A Hielscher ipari ultrahangos processzorok megbízható munkalovakként ismertek az ipari létesítményekben. Képes szállítani nagyon nagy amplitúdó, Hielscher ultrasonicators ideálisak nagy teljesítményű alkalmazások, mint például borofén vagy grafén hámlás, valamint nanoanyag diszperziók. Akár 200 μm-es amplitúdók is könnyedén működtethetők folyamatosan 24/7 üzemben. Még nagyobb amplitúdók esetén testreszabott ultrahangos sonotrodes áll rendelkezésre.
Minden berendezést németországi központunkban tervezünk és gyártunk. Az ügyfélnek történő szállítás előtt minden ultrahangos készüléket gondosan tesztelnek teljes terhelés alatt. Vevői elégedettségre törekszünk, és gyártásunkat úgy alakítottuk ki, hogy megfeleljen a legmagasabb minőségbiztosításnak (pl. ISO tanúsítás).
- nagy hatékonyság
- A legkorszerűbb technológia
- megbízhatóság & Erőteljesség
- halom & Inline
- bármely kötethez
- intelligens szoftver
- intelligens funkciók (pl. adatprotokoll)
- CIP (helyben tisztítható)
Az alábbi táblázat jelzi ultrahangos készülékeink hozzávetőleges feldolgozási kapacitását:
Kötegelt mennyiség | Áramlási sebesség | Ajánlott eszközök |
---|---|---|
1–500 ml | 10–200 ml/perc | UP100H |
10 és 2000 ml között | 20–400 ml/perc | UP200Ht, UP400ST |
0.1-től 20L-ig | 0.2-től 4 liter/percig | UIP2000hdT |
10–100 liter | 2–10 l/perc | UIP4000hdt |
n.a. | 10–100 l/perc | UIP16000 |
n.a. | Nagyobb | klaszter UIP16000 |
Kapcsolat! / Kérdezzen tőlünk!
Irodalom / Hivatkozások
- 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.
Tények, amelyeket érdemes tudni
borofén
A borofén a bór kristályos atomi egyrétegű rétege, azaz a bór kétdimenziós allotropja (más néven bór nanolemez). Egyedülálló fizikai és kémiai tulajdonságai a borofént értékes anyaggá teszik számos ipari alkalmazás számára.
A borofén kivételes fizikai és kémiai tulajdonságai közé tartoznak az egyedülálló mechanikai, termikus, elektronikus, optikai és szupravezető szempontok.
Ez megnyitja a lehetőséget a borofén alkalmazására alkálifém-ion akkumulátorokban, Li-S akkumulátorokban, hidrogéntárolásban, szuperkondenzátorban, oxigénredukcióban és fejlődésben, valamint CO2 elektroredukciós reakcióban. Különösen nagy érdeklődés övezi a borofént, mint az akkumulátorok anódanyagát és a hidrogén tároló anyagot. A magas elméleti fajlagos kapacitás, az elektronikus vezetőképesség és az iontranszport tulajdonságok miatt a boroszfén az akkumulátorok kiváló anódanyagának minősül. A hidrogén borofénné történő nagy adszorbeációs kapacitásának köszönhetően nagy potenciállal rendelkezik a hidrogén tárolására – tömegének több mint 15%-át teszi ki.
Borofén hidrogéntároláshoz
A kétdimenziós (2D) bóralapú anyagok nagy figyelmet kapnak H2 tárolóközegként a bór alacsony atomtömege és a felületen lévő alkálifémek díszítésének stabilitása miatt, ami fokozza a H2-vel való kölcsönhatást. A kétdimenziós borofén nanolemezek, amelyek könnyen szintetizálhatók ultrahangos folyadékfázisú hámlasztással a fent leírtak szerint, jó affinitást mutattak a különböző fémdíszítő atomokhoz, amelyekben fématomok klasztereződhetnek. Különböző fémdíszítésekkel, például Li, Na, Ca és Ti felhasználásával különböző borofén polimorfokon, lenyűgöző H2 gravimetrikus sűrűséget kaptunk 6 és 15 tömeg% között, meghaladva az Egyesült Államok Energiaügyi Minisztériumának (DOE) 6,5 tömeg% H2 fedélzeti tárolására vonatkozó követelményét. (vö. Habibi et al., 2021)