A porosz kék nanokockák ultrahangos nedves csapadéka
A porosz kék vagy vas-hexacianoferrát egy nanoszerkezetű fém szerves keretrendszer (MOF), amelyet nátrium-ion akkumulátorok gyártásában, biomedicinában, tintákban és elektronikában használnak. Az ultrahangos nedves-kémiai szintézis hatékony, megbízható és gyors út a porosz kék nanokockák és porosz kék analógok, például réz-hexaciano-ferrát és nikkel-hexacianoferrát előállításához. Az ultrahanggal kicsapódott porosz kék nanorészecskéket keskeny részecskeméret-eloszlás, mono-diszperzitás és magas funkcionalitás jellemzi.
Porosz kék és hexacianoferrát analógok
A porosz kék vagy vas-hexacianoferrátokat széles körben használják funkcionális anyagként elektrokémiai alkalmazások tervezéséhez és kémiai érzékelők, elektrokróm kijelzők, tinták és bevonatok, akkumulátorok (nátrium-ion akkumulátorok), kondenzátorok és szuperkondenzátorok, kationtároló anyagok, például H+ vagy Cs+, katalizátorok, teranosztikumok és mások gyártásához. Jó redox aktivitása és magas elektrokémiai stabilitása miatt a Prussia Blue egy fém-szerves keret (MOF) szerkezet, amelyet széles körben használnak az elektróda módosítására.
Számos egyéb alkalmazás mellett a porosz kéket és analógjait, a réz-hexacianoferrátot és a nikkel-hexacianoferrátot kék, vörös és sárga színű színes tintaként használják.
A porosz kék nanorészecskék hatalmas előnye a biztonságuk. A porosz kék nanorészecskék biológiailag teljesen lebonthatók, biokompatibilisek és az FDA által orvosi alkalmazásokra jóváhagyottak.
Porosz kék nanokockák szonokémiai szintézise
A porosz kék / hexacianoferrit nanorészecskék szintézise heterogén nedves-kémiai csapadék reakciója. A keskeny részecskeméret-eloszlású és monodiszperzitású nanorészecskék előállításához megbízható csapadékútra van szükség. Az ultrahangos kicsapódás jól ismert a megbízható, hatékony és egyszerű szintéziséről kiváló minőségű nanorészecskék és pigmentek, például magnetit, cink-molibdát, cink-foszfomolibdát, különböző maghéj nanorészecskék stb.
Az UIP2000hdT ultrahangos készülék egy erős szonokémiai eszköz a nanorészecskék szintézisére és kicsapására
Nedves kémiai szintézis útjai porosz kék nanorészecskék számára
A porosz kék nanorészecske-szintézis szonokémiai útja hatékony, felületes, gyors és környezetbarát. Az ultrahangos csapadék kiváló minőségű poroszkék nanokockákat eredményez, amelyeket egységes kis méret (kb. 5nm), keskeny méreteloszlás és monodiszperzitás jellemez.
A porosz kék nanorészecskék különböző csapadékutakon szintetizálhatók polimer stabilizátorokkal vagy anélkül.
A stabilizáló polimer használatának elkerülése érdekében a porosz kék nanokockák egyszerűen kicsapódhatnak a FeCl ultrahangos keverésével3 és K3[Fe(KN)6] H jelenlétében2O2.
A szonokémia alkalmazása az ilyen típusú szintézisben segített kisebb nanorészecskék előállításában (azaz 5 nm méretű a szonikálás nélkül kapott ≈50 nm méret helyett). (Dacarro et al. 2018)
Esettanulmányok ultrahangos porosz kék szintézis
Általában a porosz kék nanorészecskéket ultrahangos módszerrel szintetizálják.
Ebben a technikában 0,05 M K oldat4[Fe(KN)6] 100 ml (0,1 mol/l) sósavoldathoz adjuk. A kapott K4[Fe(KN)6] vizes oldatot 40 ° C-on tartunk 5 órán át, miközben ultrahanggal kezeljük az oldatot, majd hagyjuk szobahőmérsékleten lehűlni. A kapott kék terméket szűrjük és ismételten desztillált vízzel és abszolút etanollal mossuk, végül vákuumkemencében 25 ° C-on 12 órán át szárítjuk.
A hexacianoferrit analóg réz-hexacianoferritet (CuHCF) a következő úton szintetizáltuk:
A CuHCF nanorészecskéket a következő egyenlet szerint szintetizáltuk:
Cu(NEM3)3 + K4[Fe(KN)6] —> Cu4[Fe(KN)6] + KN03
A CuHCF nanorészecskéket Bioni et al., 2007 által kifejlesztett módszerrel szintetizáljuk [1]. 10 ml 20 mmol L keveréke-1 K3[Fe(KN)6] + 0,1 mol L-1 KCl oldat 10 ml 20 mmol l-lel-1 CuCl2 + 0,1 mol L-1 KCl, ultrahangos lombikban. Az elegyet ezután nagy intenzitású ultrahang sugárzással 60 percig besugározzák, közvetlen merülő titánkürtöt (20 kHz, 10Wcm-1), amelyet 1 cm mélységig mártottak az oldatba. A keverék során világosbarna lerakódás figyelhető meg. Ezt a diszperziót 3 nap alatt dializáljuk, hogy nagyon stabil, világosbarna színű diszperziót kapjunk.
(vö. Jassal et al. 2015)
Wu et al. (2006) szintetizálta a porosz kék nanorészecskéket szonokémiai úton K-ból4[Fe(KN)6], amelyben a Fe2+-t [FeII(CN)6]4− bomlásával sósavba történő ultrahangos besugárzással állították elő; az Fe2+ Fe-vé oxidálódott3+ reagál a fennmaradó [FeII(CN)6]4− ionok. A kutatócsoport arra a következtetésre jutott, hogy a szintetizált porosz kék nanokockák egyenletes méreteloszlását az ultrahangos hatások okozzák. A bal oldali FE-SEM kép szonokémiailag szintetizált vas-hexacianoferrát nanokockákat mutat Wu kutatócsoportja által.
Nagyszabású szintézis: PB nanorészecskék előállítása nagyszabású, PVP (250 g) és K3[Fe(KN)6] (19,8 g) 2000 ml HCl oldathoz (1 M) adtuk. Az oldatot ultrahanggal kezeltük, amíg tiszta nem lesz, majd 80 ° C-os kemencébe helyezzük, hogy 20–24 órán át öregedési reakciót érjünk el. Az elegyet ezután 20 000 fordulat / perc sebességgel centrifugálták 2 órán keresztül, hogy összegyűjtsék a PB nanorészecskéket. (Biztonsági megjegyzés: A keletkező HCN kiürítése érdekében a reakciót füstelszívóban kell végrehajtani).
Citráttal stabilizált poroszkék nanokockák TEM mikroszkópos felvétele
tanulmány és kép: Dacarro et al. 2018
Ultrahangos szondák és szonokémiai reaktorok a porosz kék szintézishez
Hielscher Ultrasonics hosszú távú tapasztalatok gyártója nagy teljesítményű ultrahangos berendezések, amelyeket világszerte használnak laboratóriumokban és ipari termelésben. A nanorészecskék és pigmentek szonokémiai szintézise és kicsapódása igényes alkalmazás, amely nagy teljesítményű ultrahangos szondákat igényel, amelyek állandó amplitúdókat generálnak. Minden Hielscher ultrahangos készüléket úgy terveztek és gyártottak, hogy teljes terhelés alatt 24/7 működjenek. Ultrahangos processzorok állnak rendelkezésre kompakt 50 wattos laboratóriumi ultrahangos készülékek 16,000watt erős inline ultrahangos rendszerek. A booster szarvak széles választéka, sonotrodes és áramlási cellák lehetővé teszik a szonokémiai rendszer egyedi beállítását a prekurzoroknak, az útnak és a végterméknek megfelelően.
A Hielscher Ultrasonics nagy teljesítményű ultrahangos szondákat gyárt, amelyek kifejezetten beállíthatják, hogy a teljes spektrumot nagyon enyhe és nagyon nagy amplitúdókkal szállítsák. Ha a szonokémiai alkalmazás szokatlan specifikációkat igényel (pl. Nagyon magas hőmérséklet), testreszabott ultrahangos sonotrodes áll rendelkezésre. A Hielscher ultrahangos berendezésének robusztussága lehetővé teszi az 24/7 működést nagy teherbírású és igényes környezetben.
Sonokémiai kötegelt és inline szintézis
A Hielscher ultrahangos szondák kötegelt és folyamatos inline szonikáláshoz használhatók. A reakciótérfogattól és a reakciósebességtől függően javasoljuk a legmegfelelőbb ultrahangos beállítást.
Ultrahangos szondák és sono-reaktorok bármilyen térfogathoz
A Hielscher Ultrasonics termékcsalád lefedi az ultrahangos processzorok teljes spektrumát a kompakt laboratóriumi ultrahangos készülékektől a padon és a kísérleti rendszereken keresztül a teljesen ipari ultrahangos processzorokig, amelyek képesek óránként feldolgozni a teherautókat. A teljes termékválaszték lehetővé teszi számunkra, hogy a legmegfelelőbb ultrahangos berendezéseket kínáljuk Önnek a folyadékhoz, a folyamatkapacitáshoz és a gyártási célokhoz.
Pontosan szabályozható amplitúdók az optimális eredmények érdekében
Minden Hielscher ultrahangos processzor pontosan vezérelhető és ezáltal megbízható munka lovak. Az amplitúdó az egyik legfontosabb folyamatparaméter, amely befolyásolja a szonokémiai és szonomechanikusan indukált reakciók hatékonyságát és eredményességét. Minden Hielscher Ultrasonics’ A processzorok lehetővé teszik az amplitúdó pontos beállítását. A sonotrodes és a booster szarvak olyan tartozékok, amelyek lehetővé teszik az amplitúdó még szélesebb tartományban történő módosítását. A Hielscher ipari ultrahangos processzorai nagyon nagy amplitúdókat tudnak szállítani, és biztosítják a szükséges ultrahangos intenzitást igényes alkalmazásokhoz. Akár 200 μm-es amplitúdók is könnyedén működtethetők folyamatosan 24/7 üzemben.
A pontos amplitúdóbeállítások és az ultrahangos folyamatparaméterek állandó ellenőrzése intelligens szoftveren keresztül lehetőséget ad a poroszkék nanokockák és hexacianoferrát analógok szintézisére a leghatékonyabb ultrahangos körülmények között. Optimális szonikálás a leghatékonyabb nanorészecske-szintézishez!
A Hielscher ultrahangos berendezésének robusztussága lehetővé teszi az 24/7 működést nagy teherbírású és igényes környezetben. Ez teszi a Hielscher ultrahangos berendezését megbízható munkaeszközré, amely megfelel a szonokémiai folyamat követelményeinek.
Legmagasabb minőség – Németországban tervezték és gyártották
Családi tulajdonban lévő és családi vállalkozásként a Hielscher az ultrahangos processzorok legmagasabb minőségi előírásait helyezi előtérbe. Minden ultrahangos készüléket terveztek, gyártottak és alaposan teszteltek székhelyünkön, Teltow-ban, Berlin közelében, Németországban. A Hielscher ultrahangos berendezésének robusztussága és megbízhatósága teszi azt a munka lóvá a termelésben. 24/7 működés teljes terhelés alatt és igényes környezetben természetes jellemzője a Hielscher nagy teljesítményű ultrahangos szondáinak és reaktorainak.
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
- 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.
Tények, amelyeket érdemes tudni
Berlini kék
A porosz kéket kémiailag helyesen vas-hexacianoferrátnak (vas(II,III) hexacianoferrát(II,III)-nak nevezik, de a köznyelvben berlini kék, vas-ferrocianid, vas-hexacianoferrát, vas(III) ferrocianid, vas(III)-hexacianoferrát(II) és párizsi kék néven is ismert.
A porosz kéket mélykék pigmentként írják le, amely a vas-ferrocianid sók oxidációja során keletkezik. Vas-hexacianoferrátot (II) tartalmaz köbös rácsos kristályszerkezetben. Vízben nem oldódik, de kolloidot is képez, így kolloid vagy vízoldható formában, valamint oldhatatlan formában is létezhet. Szájon át adják klinikai célokra, hogy bizonyos típusú nehézfém-mérgezések, például tallium és a cézium radioaktív izotópjai ellenszereként alkalmazzák.
A vas-hexacianoferrát (porosz kék) analógjai a réz-hexaciano-ferrát, a kobalt-hexaciano-errát, a cink-hexaciano-errát és a nikkel-hexacianoferrát.
nátrium-ion akkumulátorok
A nátrium-ion akkumulátor (NIB) egyfajta újratölthető akkumulátor. A lítium-ion akkumulátorral ellentétben a nátrium-ion akkumulátor lítium helyett nátriumionokat (Na+) használ töltéshordozóként. Ellenkező esetben az összetétel, a működési elv és a cellák felépítése nagyjából megegyezik a szokásos és széles körben használt lítium-ion akkumulátorokéval. A fő különbség a két akkumulátortípus között az, hogy a Li-ion kondenzátorokban lítiumvegyületeket, míg a Na-ion akkumulátorokban nátrium-fémeket használnak. Ez azt jelenti, hogy a nátrium-ion akkumulátor katódja nátrium- vagy nátrium-kompozitokat és anódot (nem feltétlenül nátrium alapú anyagot), valamint poláris protikus vagy aprotikus oldószerekben disszociált nátriumsókat tartalmazó folyékony elektrolitot tartalmaz. A töltés során a Na+ kivonódik a katódból, és bekerül az anódba, miközben az elektronok áthaladnak a külső áramkörön; a kisütés során fordított folyamat következik be, ahol a Na+ kivonódik az anódból, és újra behelyezi a katódba, miközben az elektronok áthaladnak a külső áramkörön, hasznos munkát végezve. Ideális esetben az anód és katód anyagoknak képesnek kell lenniük ellenállni a nátrium ismételt tárolási ciklusainak lebomlás nélkül a hosszú élettartam biztosítása érdekében.
A szonokémiai szintézis megbízható és hatékony technika kiváló minőségű ömlesztett nátrium-fém sók előállítására, amelyek nátrium-ion kondenzátorok gyártására használhatók. A nátriumpor szintézisét az olvadt nátrium-fém ásványi olajban történő ultrahangos diszperziójával végezzük. Ha érdekli a nátrium-fém sók ultrahangos szintézise, kérjen tőlünk további információt a kapcsolatfelvételi űrlap kitöltésével, e-mail küldésével (info@hielscher.com) vagy hívjon minket!
Fém-szerves vázszerkezetek
A fém-szerves keretek (MOF-ok) olyan vegyületek osztálya, amelyek fémionokból vagy szerves ligandumokhoz koordinált klaszterekből állnak, amelyek egy-, két- vagy háromdimenziós szerkezeteket képezhetnek. Ezek a koordinációs polimerek alosztálya. A koordinációs polimereket fémek alkotják, amelyeket ligandumok (úgynevezett linker molekulák) kötnek össze, így ismétlődő koordinációs motívumok keletkeznek. Fő jellemzőik közé tartozik a kristályosság és gyakran porózus.
További információ a fém-szerves keret (MOF) szerkezetek ultrahangos szintéziséről!