Deposisi Sonoelektrokimia

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

Sono-elektrodeposisi nanopartikel

Untuk sonoelectrodeposition (juga deposisi sonoeletrochemical, elektroplating 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, deposisi sonoelektrokimia adalah proses yang diintensifkan, yang berarti sonikasi mempercepat proses elektrolisis sehingga reaksi dapat dijalankan dalam kondisi yang lebih berkhasiat.
Menerapkan ultrasound daya ke suspensi secara signifikan meningkatkan proses transfer massa karena streaming makroskopik dan gaya kavitasi interfacial mikroskopis. Pada elektroda ultrasonik (sono-elektroda), getaran ultrasonik dan kavitasi terus menerus menghilangkan produk reaksi dari permukaan elektroda. Dengan menghilangkan deposisi pasif, permukaan elektroda terus tersedia untuk sintesis partikel baru.
Kavitasi yang dihasilkan ultrasound mempromosikan pembentukan nanopartikel halus dan seragam yang didistribusikan secara homogen dalam fase cair.

Pengendapan Nanopartikel Sonoelektrokimia

Ketika medan ultrasonik diterapkan pada elektrolit cair, beragam fenomena kavitasi ultrasonik seperti streaming akustik dan pengaliran mikro, gelombang kejut, peningkatan transfer massa dari / ke elektroda dan pembersihan permukaan (penghapusan lapisan pasif) mempromosikan proses elektrodeposisi / elektroplating. Efek menguntungkan dari sonikasi pada elektrodeposisi / elektroplating sudah ditunjukkan untuk banyak nanopartikel, termasuk nanopartikel logam, nanopartikel semikonduktor, nanopartikel inti-cangkang dan nanopartikel yang didoping.
Nanopartikel mettalik yang dielektrodeposit secara sonokimia seperti Cr, Cu dan Fe menunjukkan peningkatan kekerasan yang signifikan, sementara Zn menunjukkan peningkatan ketahanan korosi.
Mastai et al. (1999) mensintesis nanopartikel CdSe melalui deposisi sonoelektrokimia. Penyesuaian berbagai elektrodeposisi dan parameter ultrasonik memungkinkan untuk memodifikasi ukuran kristal nanopartikel CdSe dari sinar-X amorf hingga 9 nm (fase sphalerite).

Ashassi-Sorkhabi dan Bagheri (2014) mendemonstrasikan keunggulan sintesis sono-elektrokimia polypyrrole (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 polypyrrole yang lebih kompak dan lebih homogen. Hasil penelitian menunjukkan bahwa ketahanan lapisan (Rcoat), ketahanan korosi (Rcorr), dan ketahanan Warburg dari sampel yang disiapkan secara ultrasonik lebih tinggi daripada polipyrrole yang disintesis secara non-ultrasonik. Gambar pemindaian mikroskop elektron memvisualisasikan efek positif ultrasonikasi selama elektrodeposisi pada morfologi partikel: Hasilnya mengungkapkan bahwa sintesis sonoelektrokimia menghasilkan lapisan polipyrrole yang sangat melekat dan halus. Membandingkan hasil sono-electro-deposition dengan electrodeposition konvensional, jelas bahwa pelapis yang disiapkan oleh metode sonoelectrochemistry memiliki ketahanan korosi yang lebih tinggi. Sonikasi sel elektrokimia menghasilkan peningkatan perpindahan massa dan aktivasi permukaan elektroda yang bekerja. Efek ini berkontribusi secara signifikan terhadap sintesis polypyrrole yang sangat efisien dan berkualitas tinggi.

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

Pengendapan Nanokomposit Sonoelektrokimia

Kombinasi ultrasonikasi dengan elektrodeposisi berkhasiat dan memungkinkan sintesis nanokomposit yang mudah.
Kharitonov et al. (2021) lapisan Cu–Sn–TiO2 nanokomposit yang disintesis dengan elektrodeposisi sonokimia dari penangas asam oksalat yang juga mengandung 4 g/dm3 TiO2 di bawah agitasi mekanis dan ultrasonik. Perawatan ultrasound 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, lapisan Cu–Sn–TiO2 yang disimpan 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.
Hal ini ditunjukkan bahwa lapisan Cu–Sn–TiO2 nanokomposit yang dibentuk oleh elektrodeposisi yang dibantu ultrasonik menunjukkan sifat antimikroba yang sangat baik terhadap bakteri E..

Gambar SEM dari lapisan 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 Sonoelectrochemical 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, sono-elektroda, reaktor, dan sel untuk aplikasi deposisi sono-elektrokimia Anda.