Deposisi Sonoelektrokimia

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

Sonoelektrodeposisi Nanopartikel

Untuk sonoelektrodeposisi (juga disebut deposisi sonoelektrokimia, pelapisan listrik sonokimia, atau elektrodeposisi sonokimia) yang bertujuan menyintesis nanopartikel, satu atau dua probe ultrasonik (sonotrode atau horn) digunakan sebagai elektrode. Metode deposisi sonoelektrokimia sangat efisien serta sederhana dan aman dioperasikan, sehingga memungkinkan sintesis nanopartikel dan struktur nano dalam jumlah besar. Selain itu, deposisi sonoelektrokimia merupakan proses yang diintensifkan, artinya sonikasi mempercepat proses elektrolisis sehingga reaksi dapat berlangsung dalam kondisi yang lebih efektif.
Penerapan ultrasonik berdaya tinggi pada suspensi secara signifikan meningkatkan proses perpindahan massa akibat aliran makroskopis dan gaya kavitasi antarmuka mikroskopis. Pada elektrode ultrasonik (sonoelektrode), getaran ultrasonik dan kavitasi secara terus-menerus menghilangkan produk reaksi dari permukaan elektrode. Dengan menghilangkan setiap endapan yang menyebabkan pasivasi, permukaan elektrode terus tersedia untuk sintesis partikel baru.
Kavitasi yang dihasilkan oleh ultrasonik mendorong pembentukan nanopartikel yang halus dan seragam, yang terdistribusi secara homogen dalam fase cair.

Deposisi Sonoelektrokimia Nanopartikel

Ketika medan ultrasonik diterapkan pada elektrolit cair, berbagai fenomena kavitasi ultrasonik seperti aliran akustik dan semburan mikro, gelombang kejut, peningkatan perpindahan massa dari/ke elektrode, serta pembersihan permukaan (penghilangan lapisan yang menyebabkan pasivasi) mendorong proses elektrodeposisi / pelapisan listrik. Efek menguntungkan sonikasi pada elektrodeposisi / pelapisan listrik telah dibuktikan untuk berbagai nanopartikel, termasuk nanopartikel logam, nanopartikel semikonduktor, nanopartikel inti–cangkang, dan nanopartikel terdoping.
Nanopartikel logam yang diendapkan melalui elektrodeposisi sonokimia, seperti Cr, Cu, dan Fe, menunjukkan peningkatan kekerasan yang signifikan, sedangkan Zn menunjukkan peningkatan ketahanan korosi.
Mastai et al. (1999) menyintesis nanopartikel CdSe melalui deposisi sonoelektrokimia. Penyesuaian berbagai parameter elektrodeposisi dan ultrasonik memungkinkan perubahan ukuran kristal nanopartikel CdSe dari amorf menurut pemeriksaan sinar-X hingga 9 nm (fase sfalerit).

Ashassi-Sorkhabi dan Bagheri (2014) menunjukkan keunggulan sintesis sonoelektrokimia polipirol (PPy) pada baja St-12 dalam medium asam oksalat menggunakan teknik galvanostatik dengan rapat arus 4 mA/cm2. Penerapan langsung ultrasonik frekuensi rendah menggunakan sonikator UP400S menghasilkan struktur permukaan polipirol yang lebih kompak dan lebih homogen. Hasilnya menunjukkan bahwa resistansi lapisan (Rcoat), resistansi korosi (Rcorr), dan resistansi Warburg pada sampel yang disiapkan secara ultrasonik lebih tinggi daripada polipirol yang disintesis tanpa ultrasonik. Citra mikroskopi elektron pemindai memperlihatkan efek positif ultrasonikasi selama elektrodeposisi terhadap morfologi partikel: hasilnya mengungkapkan bahwa sintesis sonoelektrokimia menghasilkan lapisan polipirol yang melekat kuat dan halus. Perbandingan hasil sonoelektrodeposisi dengan elektrodeposisi konvensional memperjelas bahwa lapisan yang disiapkan dengan metode sonoelektrokimia memiliki ketahanan korosi yang lebih tinggi. Sonikasi sel elektrokimia meningkatkan perpindahan massa dan mengaktifkan permukaan elektrode kerja. Efek ini berkontribusi secara signifikan terhadap sintesis polipirol yang sangat efisien dan berkualitas tinggi.

Citra SEM lapisan (a) PPy dan (b) polipirol yang diendapkan secara sonoelektrokimia (PPy-US) pada baja St-12 (perbesaran 7500×)
(studi dan gambar: © Ashassi-Sorkhabi dan Bagheri, 2014)

Deposisi Sonoelektrokimia Nanokomposit

Kombinasi ultrasonikasi dengan elektrodeposisi efektif dan memungkinkan sintesis nanokomposit yang mudah.
Kharitonov et al. (2021) menyintesis lapisan nanokomposit Cu–Sn–TiO2 melalui elektrodeposisi sonokimia dari bak asam oksalat yang juga mengandung 4 g/dm3 TiO2 dengan pengadukan mekanis dan ultrasonik. Perlakuan ultrasonik dilakukan dengan sonikator Hielscher UP200Ht pada frekuensi 26 kHz dan daya 32 W/dm3. Hasilnya menunjukkan bahwa pengadukan ultrasonik mengurangi aglomerasi partikel TiO2 dan memungkinkan deposisi nanokomposit Cu–Sn–TiO2 yang padat. Dibandingkan dengan pengadukan mekanis konvensional, lapisan Cu–Sn–TiO2 yang diendapkan dengan sonikasi memiliki homogenitas yang lebih tinggi dan permukaan yang lebih halus. Pada nanokomposit yang disonikasi, sebagian besar partikel TiO2 tertanam dalam matriks Cu–Sn. Penerapan pengadukan ultrasonik meningkatkan distribusi nanopartikel TiO2 pada permukaan dan menghambat agregasi.
Lapisan nanokomposit Cu–Sn–TiO2 yang dibentuk melalui elektrodeposisi berbantuan ultrasonik terbukti menunjukkan sifat antimikroba yang sangat baik terhadap bakteri E. coli.

Citra SEM lapisan Cu–Sn–TiO2 yang diendapkan secara sonoelektrokimia pada rapat arus katodik 0,5 A/dm2 dan 1,0 A/dm2.
(studi dan gambar: © Kharitonov et al., 2021)

Peralatan Sonoelektrokimia Berkinerja Tinggi

Hielscher Ultrasonics menyediakan peralatan ultrasonik berkinerja tinggi untuk sonoelektrodeposisi / pelapisan listrik sonokimia nanomaterial yang andal dan efisien. Rangkaian produknya mencakup sistem ultrasonik berdaya tinggi, sonoelektrode, reaktor, dan sel untuk aplikasi deposisi sonoelektrokimia Anda.