Deposisi Sonoelektrokimia

Pengendapan sonoelektrokimia adalah teknik sintesis, yang menggabungkan sonokimia dan elektrokimia, untuk produksi nanomaterial yang sangat efisien dan ramah lingkungan. Terkenal sebagai cepat, sederhana, dan efektif, pengendapan sonoelektrokimia memungkinkan sintesis nanopartikel dan nanokomposit yang dikontrol bentuk.

Sono-Elektrodeposisi Nanopartikel

Untuk sonoelektrodeposisi (juga pengendapan sonoeletrokimia, pelapisan elektro sonokimia, atau elektrodeposisi sonokimia) dengan tujuan mensintesis nanopartikel, satu atau dua probe ultrasonik (sonotrodes atau tanduk) digunakan sebagai elektroda. Metode pengendapan sonoelektrokimia sangat efisien serta sederhana dan aman untuk dioperasikan, yang memungkinkan untuk mensintesis nanopartikel dan struktur nano dalam jumlah besar. Selain itu, pengendapan sonoelektrokimia adalah proses yang diintensifkan, yang berarti sonikasi mempercepat proses elektrolisis sehingga reaksi dapat dijalankan dalam kondisi yang lebih berkhasiat.
Menerapkan ultrasound daya pada suspensi secara signifikan meningkatkan proses transfer massa karena aliran makroskopis dan gaya kavitasi antarmuka mikroskopis. Pada elektroda ultrasonik (elektroda sono), getaran ultrasonik dan kavitasi terus menerus menghilangkan produk reaksi dari permukaan elektroda. Dengan menghilangkan pengendapan pasif, permukaan elektroda terus tersedia untuk sintesis partikel baru.
Kavitasi yang dihasilkan ultrasound mendorong pembentukan nanopartikel halus dan seragam yang didistribusikan secara homogen dalam fase cair.

Pengendapan Sonoelektrokimia Nanopartikel

Ketika medan ultrasonik diterapkan pada elektrolit cair, beragam fenomena kavitasi ultrasonik seperti streaming akustik dan micro-jetting, gelombang kejut, peningkatan transfer massa dari/ke elektroda dan pembersihan permukaan (penghapusan lapisan pasif) mendorong proses elektrodeposisi / elektroplating. Efek menguntungkan dari sonikasi pada elektrodeposisi / pelapisan listrik telah ditunjukkan untuk banyak nanopartikel, termasuk nanopartikel logam, nanopartikel semikonduktor, nanopartikel inti-cangkang dan nanopartikel doping.
Nanopartikel mettalic yang dielektrodepositkan secara sonokimia seperti Cr, Cu dan Fe menunjukkan peningkatan kekerasan yang signifikan, sedangkan Zn menunjukkan peningkatan ketahanan korosi.
Mastai et al. (1999) mensintesis nanopartikel CdSe melalui pengendapan sonoelektrokimia. Penyesuaian berbagai parameter elektrodeposisi dan ultrasonik memungkinkan untuk memodifikasi ukuran kristal nanopartikel CdSe dari amorf sinar-X hingga 9 nm (fase sphalerit).

Ashassi-Sorkhabi dan Bagheri (2014) menunjukkan keunggulan sintesis sono-elektrokimia polipirol (PPy) pada baja St-12 dalam media asam oksalat menggunakan teknik galvanostatik dengan kerapatan arus 4 mA/cm2. Aplikasi langsung ultrasound frekuensi rendah menggunakan ultrasonicator UP400S menyebabkan struktur permukaan polipirol yang lebih kompak dan lebih homogen. Hasil penelitian menunjukkan bahwa ketahanan pelapisan (Rcoat), ketahanan korosi (Rcorr), dan ketahanan Warburg dari sampel yang disiapkan secara ultrasonik lebih tinggi daripada polipirol yang disintesis secara non-ultrasonik. Gambar mikroskop elektron pemindaian memvisualisasikan efek positif ultrasonikasi selama elektrodeposisi pada morfologi partikel: Hasilnya mengungkapkan bahwa sintesis sonoelektrokimia menghasilkan lapisan polipirol yang sangat melekat dan halus. Membandingkan hasil sono-electro-deposisi dengan elektrodeposisi konvensional, jelas bahwa pelapis yang dibuat dengan metode sonoelectrochemistry memiliki ketahanan korosi yang lebih tinggi. Sonikasi sel elektrokimia menghasilkan peningkatan perpindahan massa dan aktivasi permukaan elektroda yang berfungsi. Efek ini berkontribusi secara signifikan pada sintesis polipirol yang sangat efisien dan berkualitas tinggi.

Gambar SEM dari (a) PPy dan (b) lapisan polipirrol endapan sonoelectrochemial (PPy-US) pada baja St-12 (perbesaran 7500×)
(studi dan gambar: © Ashassi-Sorkhabi dan Bagheri, 2014)

Pengendapan Sonoelektrokimia Nanokomposit

Kombinasi ultrasonikasi dengan elektrodeposisi berkhasiat dan memungkinkan sintesis nanokomposit yang mudah.
Kharitonov et al. (2021) mensintesis pelapis nanokomposit Cu–Sn–TiO2 dengan elektrodeposisi sonokimia dari penangas asam oksalat yang juga mengandung 4 g/dm3 TiO2 di bawah agitasi mekanis dan ultrasonik. Perawatan ultrasonografi dilakukan dengan ultrasonicator Hielscher UP200Ht pada frekuensi 26 kHz dan daya 32 W / dm3. Hasil menunjukkan bahwa agitasi ultrasonik mengurangi aglomerasi partikel TiO2 dan memungkinkan pengendapan nanokomposit Cu-Sn-TiO2 yang padat. Jika dibandingkan dengan agitasi mekanis konvensional, pelapis Cu-Sn-TiO2 yang diendapkan di bawah sonikasi ditandai dengan homogenitas yang lebih tinggi dan permukaan yang lebih halus. Dalam nanokomposit sonikasi, sebagian besar partikel TiO2 tertanam ke dalam matriks Cu-Sn. Pengenalan agitasi ultrasound meningkatkan distribusi permukaan nanopartikel TiO2 dan menghambat agregasi.
Ditunjukkan bahwa pelapis nanokomposit Cu-Sn-TiO2 yang dibentuk oleh elektrodeposisi berbantuan ultrasonik menunjukkan sifat antimikroba yang sangat baik terhadap bakteri E..

Gambar SEM dari pelapis Cu-Sn-TiO2 yang diendapkan secara sono-elektrokimia pada kerapatan arus katodik 0,5 A/dm2 dan 1,0 A/dm2.
(studi dan gambar: © Kharitonov et al., 2021)

Peralatan Sonoelectrokimia Berkinerja Tinggi

Hielscher Ultrasonics memasok peralatan ultrasonik berkinerja tinggi untuk sono-elektrodeposisi / sonoelectroplating nanomaterial yang andal dan efisien. Rangkaian produk mencakup sistem ultrasound berdaya tinggi, elektroda sono, reaktor, dan sel untuk aplikasi pengendapan elektrokimia sono Anda.