プルシアンブルー・ナノキューブの超音波湿式沈殿法

プルシアンブルーまたはヘキサシアノ鉄塩は、ナノ構造の有機金属骨格（MOF）であり、ナトリウムイオン電池の製造、生物医学、インクおよび電子工学に使用される。超音波湿式化学合成は、プルシアンブルー・ナノキューブや、銅ヘキサシアノ鉄酸塩やニッケルヘキサシアノ鉄酸塩のようなプルシアンブルー類似体を製造するための、効率的で信頼性の高い迅速な経路である。超音波沈殿されたプルシアンブルー・ナノ粒子は、狭い粒度分布、単分散性、高い機能性が特徴です。

プルシアンブルーとヘキサシアノ鉄酸塩類似体

プルシアンブルーまたは鉄ヘキサシアノ鉄塩は、電気化学的用途を設計し、化学センサー、エレクトロクロミックディスプレイ、インクおよびコーティング、電池（ナトリウムイオン電池）、キャパシタおよびスーパーキャパシタ、H+またはCs+などの陽イオン貯蔵材料、触媒、セラノスティクスなどを製造するための機能性材料として広く使用されています。プルシアンブルーはその優れた酸化還元活性と高い電気化学的安定性により、電極修飾に広く使用されている有機金属骨格（MOF）構造である。
その他さまざまな用途のほか、プルシアンブルーやその類似体であるヘキサシアノ鉄酸銅、ヘキサシアノ鉄酸ニッケルは、それぞれ青、赤、黄色のカラーインキとして使用されている。
プルシアンブルー・ナノ粒子の大きな利点は、その安全性にある。プルシアンブルー・ナノ粒子は完全に生分解性で生体適合性があり、FDAによって医療用途に認可されている。

プルシアンブルー・ナノキューブのソノケミカル合成

プルシアンブルー／ヘキサシアノフェライトナノ粒子の合成は、不均一な湿式化学沈殿の反応である。粒度分布が狭く、単分散性のナノ粒子を得るためには、信頼性の高い沈殿経路が必要である。超音波沈殿法は、マグネタイト、モリブデン酸亜鉛、リンモリブデン酸亜鉛、様々なコアシェルナノ粒子などの高品質ナノ粒子や顔料の信頼性が高く、効率的で簡単な合成法としてよく知られています。

プルシアンブルー・ナノ粒子の湿式化学合成法

プルシアンブルーナノ粒子合成の超音波化学的経路は、効率的、簡便、迅速かつ環境に優しい。超音波沈殿は、均一な小さなサイズ（約5nm）、狭いサイズ分布、および単分散性を特徴とする高品質のプルシアンブルー・ナノキューブをもたらす。
プルシアンブルー・ナノ粒子は、高分子安定剤の有無にかかわらず、様々な沈殿経路で合成することができる。
安定化ポリマーの使用を避け、プルシアンブルー・ナノキューブは、FeCl₃ とK₃[Fe(CN)₆Hの存在下で₂O₂.
この種の合成における超音波化学の使用は、より小さなナノ粒子（すなわち、超音波処理なしで得られる≈50 nmのサイズの代わりに5 nmのサイズ）を得るのに役立った。(Dacarro et al.）

超音波プルシアンブルー合成のケーススタディ

一般に、プルシアンブルー・ナノ粒子は超音波処理法を用いて合成される。
この手法では、0.05 MのK₄[Fe(CN)₆mol/L）の塩酸溶液100mlに加える。得られたK₄[Fe(CN)₆水溶液を超音波処理しながら40℃で5時間保持し、室温で冷却する。得られた青色生成物をろ過し、蒸留水と絶対エタノールで繰り返し洗浄し、最後に25℃の真空オーブンで12時間乾燥させる。

ヘキサシアノフェライト類似体である銅ヘキサシアノフェライト（CuHCF）を以下のルートで合成した：
CuHCFナノ粒子は、以下の式に従って合成した：
銅（NO₃)₃ + K₄[Fe(CN)₆] –> Cu₄[Fe(CN)₆]+ KN0₃

CuHCFナノ粒子は、2007年にBioniらによって開発された方法で合成された。10 mLの20 mmol L^-1 K₃[Fe(CN)₆]+ 0.1 mol L^-1 KCl溶液に20mmol Lを10mL加えた。^-1 CuCl₂ + 0.1 mol L^-1 KClを超音波フラスコに入れた。この混合物に、直接浸漬型チタンホーン（20kHz、10Wcm）を用いて、高強度の超音波を60分間照射する。^-1)に1cmの深さまで浸した。混合中、淡褐色の沈殿物の出現が観察される。この分散液を3日間かけて透析し、非常に安定した淡褐色の分散液を得る。
(参照：Jassal et al.）

Wuら(2006)は、プルシアンブルーのナノ粒子を、K₄[Fe(CN)₆(CN)6]4-を塩酸中で超音波照射して分解し、Fe2+を生成した。²⁺ に酸化された。³⁺ と反応させる。₆4-イオン。研究グループは、合成されたプルシアンブルーナノキューブの均一なサイズ分布は、超音波処理の効果によるものであると結論づけた。左のFE-SEM画像は、呉研究グループによって超音波化学的に合成されたヘキサシアノ鉄ナノキューブを示している。

大規模な合成： PBナノ粒子を大規模に調製するために、PVP（250g）とK₃[Fe(CN)₆19.8g）を2,000mLの塩酸溶液（1M）に加えた。この溶液を透明になるまで超音波処理した後、80℃のオーブンに入れ、20～24時間熟成反応を行った。その後、混合物を20,000rpmで2時間遠心分離し、PBナノ粒子を回収した。(安全上の注意：生成したHCNを排出するため、反応はヒュームフード内で行うこと）。

プルシアンブルーの超音波電気化学合成

プルシアンブルーのもう一つの高効率合成技術は、電気化学的析出と高強度超音波を相乗的に組み合わせた超音波電気化学的合成法である。この方法では、物質輸送が促進され、核生成速度論が加速され、キャビテーションによるマイクロミキシングと表面活性化によって均一なナノ粒子形成が促進される。これにより、超音波電気化学的プルシアンブルー合成は、ナノスケールのプルシアンブルーを工業的に生産するための信頼性の高い経路となる。
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プルシアンブルー合成のための超音波プローブとソノケミカル反応器

Hielscher Ultrasonics社は、研究室や工業生産で世界的に使用されている高性能ソニケーターの長年の経験を持つメーカーです。ナノ粒子や顔料の超音波合成と沈殿は、一定の振幅を発生するハイパワー超音波プローブを必要とする要求の厳しいアプリケーションです。Hielscher社のソニケーターは全て、24時間365日フル稼働できるように設計・製造されています。超音波処理装置は、コンパクトな50ワット超音波プローブから16,000ワットの強力なインライン超音波リアクターまで取り揃えています。多種多様なブースターホーン、ソノトロード、フローセルにより、前駆体、経路、最終製品に対応したソノケミカルシステムの個別セットアップが可能です。

ソノケミカル合成 – お客様のニーズに合わせたバッチ式またはインライン式

Hielscher 社の超音波プローブは、バッチ式および連続式のインライン超音波処理に使用できます。反応量と反応速度に応じて、最適な超音波セットアップを提案します。ラボ用、ベンチトップ用、パイロット用、完全工業用ソニケーターにより、あらゆる量の処理が可能です。

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下の表は、超音波処理装置の処理能力の目安です：