Պրուսական կապույտ նանոկուբների ուլտրաձայնային խոնավ տեղումներ

Prussian Blue-ը կամ երկաթի հեքսացիանոֆերատը նանոկառուցվածքով մետաղական օրգանական շրջանակ է (MOF), որն օգտագործվում է նատրիումիոնային մարտկոցների արտադրության, կենսաբժշկության, թանաքների և էլեկտրոնիկայի մեջ: Ուլտրաձայնային խոնավ քիմիական սինթեզը արդյունավետ, հուսալի և արագ ուղի է պրուսական կապույտ նանոկուբների և պրուսական կապույտ անալոգների արտադրության համար, ինչպիսիք են պղնձի հեքսացիանոֆերատը և նիկելի հեքսացիանոֆերատը: Ուլտրաձայնային եղանակով նստեցված պրուսական կապույտ նանոմասնիկները բնութագրվում են մասնիկների նեղ չափերի բաշխմամբ, մոնո-ցրվածությամբ և բարձր ֆունկցիոնալությամբ:

Պրուսական կապույտ և հեքսացիանոֆերատային անալոգներ

Պրուսական կապույտ կամ երկաթե հեքսացիանոֆերատները լայնորեն օգտագործվում են որպես ֆունկցիոնալ նյութ՝ էլեկտրաքիմիական կիրառությունների նախագծման և քիմիական սենսորների, էլեկտրաքրոմային էկրանների, թանաքների և ծածկույթների, մարտկոցների (նատրիումի իոնային մարտկոցներ), կոնդենսատորների և գերկոնդենսատորների, կատիոնային պահեստավորման նյութերի արտադրության համար, ինչպիսիք են H+ կամ Cs+, կատալիզատորներ, թերանոստիկա և այլն: Շնորհիվ իր լավ ռեդոքսային ակտիվության և բարձր էլեկտրաքիմիական կայունության, Prussian Blue-ը մետաղական օրգանական շրջանակ է (MOF), որը լայնորեն օգտագործվում է էլեկտրոդների փոփոխման համար:
Բացի մի շարք այլ կիրառություններից, Prussian Blue-ը և նրա անալոգները պղնձի հեքսացիանոֆերատը և նիկելի հեքսացիանոֆերատը օգտագործվում են որպես համապատասխանաբար կապույտ, կարմիր և դեղին գույնի ներկեր:
Prussian Blue նանոմասնիկների հսկայական առավելությունը նրանց անվտանգությունն է: Prussian Blue նանոմասնիկները լիովին կենսաքայքայվող են, կենսահամատեղելի և հաստատված են FDA-ի կողմից բժշկական կիրառման համար:

Պրուսական կապույտ նանոկուբների սոնոքիմիական սինթեզ

Պրուսական կապույտ/հեքսացիանոֆերիտ նանոմասնիկների սինթեզը տարասեռ խոնավ-քիմիական տեղումների արձագանքն է: Նեղ մասնիկների չափի բաշխմամբ և միաձույլ ցրվածությամբ նանոմասնիկներ ստանալու համար անհրաժեշտ է տեղումների հուսալի երթուղի: Ուլտրաձայնային տեղումները լավ հայտնի են բարձրորակ նանոմասնիկների և գունանյութերի հուսալի, արդյունավետ և պարզ սինթեզով, ինչպիսիք են մագնիտիտը, ցինկի մոլիբդատը, ցինկի ֆոսֆոմոլիբդատը, միջուկային կեղևի տարբեր նանոմասնիկներ և այլն:

Խոնավ-քիմիական սինթեզի ուղիներ պրուսական կապույտ նանոմասնիկների համար

Prussian Blue նանոմասնիկների սինթեզի սոնոքիմիական ուղին արդյունավետ է, հեշտ, արագ և շրջակա միջավայրի համար անվտանգ: Ուլտրաձայնային տեղումները ստացվում են բարձրորակ Prussian Blue նանոկուբներում, որոնք բնութագրվում են միատեսակ փոքր չափերով (մոտ 5 նմ), նեղ չափերի բաշխմամբ և միաձույլ ցրվածությամբ:
Prussian Blue նանոմասնիկները կարող են սինթեզվել տեղումների տարբեր ուղիներով՝ պոլիմերային կայունացուցիչներով կամ առանց դրանց:
Խուսափելով կայունացնող պոլիմերի օգտագործումից՝ Prussian Blue նանոկուբները կարող են նստել պարզապես ուլտրաձայնային FeCl խառնելով₃ և Կ₃[Fe(CN)₆] ներկայությամբ Հ₂Օ₂.
Այս տեսակի սինթեզի մեջ սոնոքիմիայի օգտագործումը օգնեց ստանալ ավելի փոքր նանոմասնիկներ (այսինքն՝ 5 նմ չափի փոխարեն ≈50 նմ չափի փոխարեն, որը ստացվել է առանց ձայնային ախտահանման): (Dacarro et al. 2018)

Ուլտրաձայնային պրուսական կապույտ սինթեզի դեպքերի ուսումնասիրություն

Ընդհանուր առմամբ, պրուսական կապույտ նանոմասնիկները սինթեզվում են ուլտրաձայնային մեթոդի կիրառմամբ:
Այս տեխնիկայում 0,05 Մ լուծույթը Կ₄[Fe(CN)₆] ավելացվում է 100 մլ աղաթթվի (0,1 մոլ/լ) լուծույթին։ Ստացված Կ₄[Fe(CN)₆] ջրային լուծույթը պահվում է 40ºC ջերմաստիճանում 5 ժամ լուծույթը լուծույթով քսելու ընթացքում, այնուհետև թողնում են սառչի սենյակային ջերմաստիճանում: Ստացված կապույտ արտադրանքը զտվում և բազմիցս լվանում են թորած ջրով և բացարձակ էթանոլով և վերջապես չորացնում վակուումային ջեռոցում 25ºC-ում 12 ժամ:

Հեքասացիանոֆերիտի անալոգային պղնձի հեքսացիանոֆերիտը (CuHCF) սինթեզվել է հետևյալ ճանապարհով.
CuHCF նանոմասնիկները սինթեզվել են հետևյալ հավասարման համաձայն.
Cu (NO₃)₃ + Կ₄[Fe(CN)₆] –> Cu₄[Fe(CN)₆] + KN0₃

CuHCF nanoparticles are synthesized by the method developed by Bioni et al., 2007. The mixture of 10 mL of 20 mmol L^-1 Կ₃[Fe(CN)₆] + 0,1 մոլ Լ^-1 KCl լուծույթ 10 մլ 20 մմոլլ^-1 CuCl₂ + 0,1 մոլ Լ^-1 KCl, ձայնային կոլբայի մեջ: Խառնուրդն այնուհետև ճառագայթվում է բարձր ինտենսիվության ուլտրաձայնային ճառագայթմամբ 60 րոպե՝ օգտագործելով ուղղակի ընկղմվող տիտանի շչակ (20 կՀց, 10 Վտսմ):^-1) որը թաթախված է լուծույթի մեջ մինչև 1 սմ խորություն։ Խառնուրդի ժամանակ նկատվում է բաց շագանակագույն նստվածքի տեսք։ Այս դիսպերսիան դիալիզացվում է 3 օրվա ընթացքում, որպեսզի ստացվի շատ կայուն, բաց շագանակագույն գույնի դիսպերսիա:
(տես Jassal et al. 2015)

Wu et al. (2006) սինթեզեց Պրուսական կապույտ նանոմասնիկները սոնոքիմիական ճանապարհով Կ.₄[Fe(CN)₆], որտեղ Fe2+-ն առաջացել է [FeII(CN)6]4−-ի տարրալուծման արդյունքում՝ հիդրոքլորային թթուում ուլտրաձայնային ճառագայթման միջոցով; որ Fe²⁺ օքսիդացվել է Fe³⁺ արձագանքել մնացածով [FeII(CN)₆]4− իոններ. Հետազոտական խումբը եզրակացրեց, որ սինթեզված պրուսական կապույտ նանոկուբների չափերի միասնական բաշխումը պայմանավորված է ուլտրաձայնային ազդեցություններով: Ձախ կողմում գտնվող FE-SEM պատկերը ցույց է տալիս սոնոքիմիական եղանակով սինթեզված երկաթի հեքսացիանոֆերատ նանոկորաններ Վուի հետազոտական խմբի կողմից:

Large-scale synthesis: to prepare PB nanoparticles on a large-scale, PVP (250 g) and K₃[Fe(CN)₆] (19,8 գ) ավելացվել են 2000 մլ HCl լուծույթի մեջ (1 Մ): Լուծույթը լուծույթով քսել են մինչև թափանցիկ լինելը, այնուհետև դրել 80°C ջեռոցում՝ 20–24 ժամվա ընթացքում ծերացման ռեակցիայի հասնելու համար: Այնուհետև խառնուրդը ցենտրիֆուգվել է 20000 ռ/րոպե արագությամբ 2 ժամով՝ PB նանոմասնիկների հավաքման համար: (Անվտանգության նշում. Ստեղծված ցանկացած HCN-ից հեռացնելու համար ռեակցիան պետք է իրականացվի գոլորշի սարքի մեջ):

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.
Read more about the sono-electrochemical setup for Prussian Blue synthesis!

Ուլտրաձայնային զոնդեր և սոնոքիմիական ռեակտորներ պրուսական կապույտ սինթեզի համար

Hielscher Ultrasonics is long-termed experiences manufacturer of high-performance sonicators that are used worldwide in research laboratories and industrial production. The sonochemical synthesis and precipitation of nanoparticles and pigments is a demanding application that requires high-power ultrasonic probes which generate constant amplitudes. All Hielscher sonicators are designed and manufactured to be operated for 24/7 under full load. Ultrasonic processors are available from compact 50 watts ultrasonic probes to 16,000 watts powerful inline ultrasonic reactors. A wide variety of booster horns, sonotrodes and flow cells allow for the individual setup of an sonochemical system in correspondence to the precursors, pathway and final product.

սոնոքիմիական սինթեզ – Batch or Inline Tailored to Your Needs

Hielscher ultrasonic probes can be used for batch and continuous inline sonication. Depending on reaction volume and reaction speed, we will recommend you the most suitable ultrasonic setup. Lab, bench-top, pilot and fully-industrial sonicators allow the processing of any volume.

Որակի բարձրագույն ստանդարտներ – Նախագծված և արտադրված է Գերմանիայում

As a family-owned and family-run business, Hielscher prioritizes highest quality standards for its ultrasonic processors. All ultrasonicators are designed, manufactured and thoroughly tested in our headquarter in Teltow near Berlin, Germany. Robustness and reliability of Hielscher ultrasonic equipment make it a work horse in your production. 24/7 operation under full load and in demanding environments is a natural characteristic of Hielscher high-performance ultrasonic probes and reactors.

Ստորև բերված աղյուսակը ցույց է տալիս մեր ուլտրաձայնային սարքերի մոտավոր մշակման հզորությունը.