工業規模での超音波ボロフェン合成

ホウ素の2次元ナノ構造誘導体であるボロフェンは、ファシリティと低コストの超音波剥離を介して効率的に合成することができます。超音波液相剥離は、高品質のボロフェンナノシートの大量を生成するために使用することができます。超音波剥離技術は、2Dナノ材料(例えば、グラフェン)を製造するために広く使用され、高品質のナノシート、高収率、迅速かつ容易な操作、ならびに全体的な効率の利点でよく知られています。

ボロフェネ調製のための超音波剥離法

Probe-type ultrasonicators are the preferred method for efficient borophene exfoliation.超音波駆動液相剥離は、グラファイト(グラフェン)、ホウ素(ボロフェン)を含む様々なバルク前駆体から2Dナノシートを調製するために広く使用されています。化学剥離技術と比較して、超音波アシスト液相剥離は、ホウ素量子ドット(BQD)およびボロフェンなどの0Dおよび2Dナノ構造を調製するためのより有望な戦略と考えられている。(2021年王らら)
残されたスキームは、2D数層ボロフェンシートの超音波低温液体剥離プロセスを示しています。(研究と写真:©Linら、2021.

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Ultrasonic reactor for large scale borophene exfoliation. The stainless steel reactor is equipped with a powerful industrial 2000 watts ultrasonicator (20kHz).

ソノケミカル原子炉を装備 2000ワット産業用超音波プロセッサUIP2000hdT 大規模なボロフェン剥離のために。

超音波ボロフェンエクスフォリエーションの事例研究

液相過程におけるパワー超音波を用いた剥離および剥離は広く研究され、ボロン量子ドット、窒化ホウ素または二ホウ化マグネシウムなどのボロン誘導体に広く研究され、うまく適用されている。

α=ボロフェネ

ギョクトゥナとタシャルトゥン(2021)によって行われた研究では、ボロフェンαファシリティと低コストの超音波剥離を介して調製した。超音波合成されたボロフェンナノシートは、αボロフェン結晶構造を示す。
プロトコル: 100 mg のホウ素微粒子は、窒素 (N) の 4 h の 200 W で 100 ml DMF で超音波処理されました (例えば、S26d14 と UP200St を使用します。2)流量制御キャビンは、超音波液相剥離プロセス中の酸化を防ぎます。剥離ホウ素粒子の溶液をそれぞれ5000rpmと12,000 rpmで遠心分離し、ボロフェンを慎重に回収し、50ºCで4hの真空環境下で乾燥させた(2021年ギョクトゥナとタシャルトゥン、2021年)

Process steps of borophene exfoliation using the ultrasonic delamination technique

プローブ超音波支援ソルボ熱処理プロセスによって剥離された少数の層を有するボロフェンの模式図。
研究と写真: ©張ら,2020

数層ボロフェン

Zhang et al. (2020) アセトンソルボ熱液相剥離技術を報告し、大きな水平サイズの高品質のボロフェンの製造を可能にする。アセトンの膨潤効果を用いて、ホウ素粉末前駆体をアセトンで最初に湿潤した。次いで、湿潤ホウ素前駆体を200ºCでアセトンでさらにゾルボ加熱処理し、続いてプローブ型超音波処理を225Wで4hで超音波処理した。ホウ素の数層と5.05mmまでの水平サイズのボロフェンが最終的に得られました。アセトンソルボサーマルアシスト液相剥離技術は、大きな水平サイズと高品質のホウ素ナノシートを調製するために使用することができます。(cf. Zhangら, 2020)
超音波剥離されたボロフェンのXRDパターンがバルクホウ素前駆体と比較されると、同様のXRDパターンが観察される。主要な回折ピークの大部分はb-菱形ホウ素にインデックス化することができ、結晶構造が剥離処理の前後にほぼ保存されていることを示唆している。

Ultrasonically exfoliated borophene

低解像度(a)と高分解能(b)のボロフェンのSEM画像と、アセトンにおける超音波アシストソルボ熱剥離によって得られた少数の層を有する
研究と写真: ©張ら,2020

The ultrasonic exfoliation process of borophene preserves its crystalline structure.

XRDパターン(a)およびラマンスペクトル(b)は、プローブ超音波補助ソル熱剥離によって得られた少数の層を有する未処理バルクホウ素およびボロフェンの。
研究と写真: ©張ら,2020

ホウ素量子ドットのソノケミカル合成

Hao et al. (2020) 強力なプローブ型超音波装置(例えば、高極性有機溶媒であるアセトニトリル)の膨張ホウ素粉末から大規模で均一な結晶性半導体ホウ素量子ドット(BQD)の調製に成功 UP400StUIP500hdT または UIP1000hdT).合成されたホウ素量子ドットは、横サイズが2.46±0.4nm、厚さが2.81±0.5nmである。
プロトコル:ホウ素量子ドットの典型的な調製では、ホウ素粉末の30mgを最初に3つ首フラスコに添加し、次に超音波処理の前に15mLのアセトニトリルをボトルに加えた。剥離は400Wの出力電力で行われた(例えば、使用して、 UIP500hdT)、20kHz周波数と60分の超音波時間。超音波処理中の溶液の過熱を避けるために、氷浴または実験室チラーを使用して冷却を一定の温度に適用した。得られた溶液を1500rpmで60分間遠心分離した。上清には、ホウ素量子ドットを含有し、穏やかに抽出した。実験はすべて室温で行った。(cf. Hao et al., 2020)
Wangら(2021)の研究では、研究者は超音波液相剥離技術を用いてホウ素量子ドットも準備する。狭いサイズ分布、分散性、IPA溶液の安定性が高く、2枚の写真蛍光を有する単分散ホウ素量子ドットを得た。

Ultrasonically synthesized boron quantum dots.

TEM画像と異なる超音波条件下で調製されたBQDの対応する直径分布。(a)BQDs-2のTEM画像は、400Wで合成されたBQDs-3のTEM画像を1時間550Wで合成した(c)400Wで合成されたBQDs-3のTEM像(d)から取得した量子ドットの直径分布(a)。。(e)(b)から取得した量子ドットの直径分布。(f)量子ドットの直径分布は(c)から取得する。
研究と写真: ©Haoら, 2020

ダイホライドマグネシウムナノシートの超音波剥離

剥離のプロセスは、2bo化マグネシウムの450mgを懸濁することによって行った
(MgB2)粉末(約100メッシュサイズ/149ミクロン)水の150 mlと30分間の超音波にそれを曝露。超音波剥離は、プローブ型超音波処理器などで行うことができます。 Uf200ःトン または UP400St 振幅30%、サイクルモード10秒オン/オフパルス。超音波剥離は、暗い黒い懸濁液をもたらす。黒色は、手付かずのMgB2粉末の色に起因することができます。

超音波式UP200St(200W)のアセトニトリルでのボロフェン剥離

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Ultrasonic graphene exfoliation in water

水中のグラファイトフレークのソノメカニカル剥離を示すフレームの高速シーケンス(aからfまで)を使用して、 UP200S、200W超音波処理器 3mmソトロード付き。矢印は、分割を貫通するキャビテーション気泡で分割(剥離)の場所を示しています。
©・トゥルニナら 2020

任意のスケールでボロフェン剥離のための強力な超音波処理

Hielscher ultrasonicators can be remotely controlled via browser control. Sonication parameters can be monitored and adjusted precisely to the process requirements.ヒールシャー超音波設計、製造、および任意のサイズで堅牢で信頼性の高い超音波器を配布します。産業用超音波プローブや原子炉にコンパクトなラボの超音波装置から、ヒールシャーは、あなたのプロセスのための理想的な超音波システムを持っています。ナノ材料合成や分散などのアプリケーションでの長年の経験を持つ当社の十分な訓練を受けたスタッフは、あなたのイプールの要件に最適なセットアップをお勧めします。ヒールシャー産業超音波プロセッサは、産業施設で信頼性の高い作業馬として知られています。非常に高い振幅を提供することができる、ヒールシャー超音波処理器は、このようなボロフェンやグラフェン剥離だけでなく、ナノ材料分散などの高性能アプリケーションに最適です。最大200μmの振幅は、24時間365日の操作で簡単に連続的に実行できます。さらに高い振幅のために、カスタマイズされた超音波ソトロードが利用可能です。
すべての機器は、ドイツの本社で設計され、製造されています。顧客に配信する前に、すべての超音波デバイスは、慎重に全負荷下でテストされます。私たちは顧客満足を追求し、当社の生産は最高品質保証(例えば、ISO認証)を達成するように構成されています。

なぜヒールシャー超音波?

  • 高効率
  • 最先端の技術
  • 確実 & 丈夫
  • バッチ & 列をなして
  • 任意のボリュームに対して
  • インテリジェントソフトウェア
  • スマート機能(例えば、データプロトコル)
  • CIP(クリーンインプレイス)

下の表は私達のultrasonicatorsのおおよその処理能力の目安を与えます:

バッチ容量 流量 推奨デバイス
500mLの1〜 200mL /分で10 UP100H
2000mlの10〜 20 400mLの/分 Uf200ःトンUP400St
00.1 20Lへ 04L /分の0.2 UIP2000hdT
100Lへ10 10L /分で2 UIP4000hdT
N.A。 10 100L /分 UIP16000
N.A。 大きな のクラスタ UIP16000

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Ultrasonic high-shear homogenizers are used in lab, bench-top, pilot and industrial processing.

ヒールシャー超音波は、ラボ、パイロット、工業規模でアプリケーション、分散、乳化および抽出を混合するための高性能超音波ホモジナイザーを製造しています。



文献 / 参考文献

知る価値のある事実

ボロフェン

ボロフェンは、ホウ素の結晶原子単層、すなわち、ホウ素の2次元単一層(ホウ素ナノシートとも呼ばれる)である。その独特な物理的および化学的特徴は多数の産業適用のための貴重な材料にボロフェンを回す。
ボロフェネの優れた物理的および化学的特性は、ユニークな機械的、熱的、電子的、光学的、超伝導のファセットを含みます。
これにより、アルカリ金属イオン電池、リチウムイオン電池、水素貯蔵、スーパーキャパシタ、酸素還元と進化、CO2電気還元反応などの用途にボロフェンを使用する可能性が広がっています。特に、電池用アノード材料として、水素貯蔵材料として、ボロフェンに高い関心が注がれています。高い理論上の特定の能力、電子伝導性およびイオン輸送特性のために、ボロフェンは電池のための大きい陽極材料として修飾する。水素の吸着能力が高いため、水素貯蔵の可能性は大きく、その重量の15%を超えるストロアー容量を備えています。

水素貯蔵用ボロフェン

ホウ素の原子量が低く、表面にアルカリ金属を飾る安定性が高まり、H2との相互作用を高めるため、2次元(2D)ホウ素系のホウ素系材料がH2蓄型媒体として注目されています。上述のように超音波液相剥離を用いて容易に合成できる二次元ボロフェンナノシートは、金属原子のクラスタリングが起こり得る異なる金属装飾原子に対して良好な親和性を示している。 異なるボロフェン多形にLi、Na、Ca、Tiなどの様々な金属装飾を使用して、6〜15重量%の範囲の印象的なH2重量密度が得られ、6.5wt%H2のオンボードストレージに対する米国エネルギー省(DOE)の要件を上回っています。(cf. Habibiら, 2021)


High performance ultrasonics! Hielscher's product range covers the full spectrum from the compact lab ultrasonicator over bench-top units to full-industrial ultrasonic systems.

ヒールシャー超音波は、から高性能超音波ホモジナイザーを製造しています ラボ産業サイズ。


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