პრუსიის ლურჯი ნანოკუბების ულტრაბგერითი სველი ნალექი

Prussian Blue ან რკინის ჰექსაციანოფერატი არის ნანოსტრუქტურული ლითონის ორგანული ჩარჩო (MOF), რომელიც გამოიყენება ნატრიუმ-იონური ბატარეების წარმოებაში, ბიომედიცინაში, მელანსა და ელექტრონიკაში. ულტრაბგერითი სველი ქიმიური სინთეზი ეფექტური, საიმედო და სწრაფი გზაა პრუსიის ლურჯი ნანოკუბებისა და პრუსიის ლურჯი ანალოგების წარმოებისთვის, როგორიცაა სპილენძის ჰექსაციანოფერატი და ნიკელის ჰექსაციანოფერატი. ულტრაბგერითი დალექილი პრუსიის ლურჯი ნანონაწილაკები ხასიათდება ნაწილაკების ზომის ვიწრო განაწილებით, მონო-დისპერსიულობით და მაღალი ფუნქციონირებით.

პრუსიის ლურჯი და ჰექსაციანოფერატის ანალოგები

პრუსიის ცისფერი ან რკინის ჰექსაციანოფერატები ფართოდ გამოიყენება, როგორც ფუნქციური მასალა ელექტროქიმიური აპლიკაციების შესაქმნელად და ქიმიური სენსორების, ელექტროქრომული დისპლეების, მელანებისა და საფარების, ბატარეების (ნატრიუმის იონური ბატარეები), კონდენსატორებისა და სუპერკონდენსატორების, კატიონების შესანახი მასალების დასამზადებლად, როგორიცაა H+ ან. Cs+, კატალიზატორები, ტერანოსტიკები და სხვა. კარგი რედოქსის აქტივობისა და მაღალი ელექტროქიმიური სტაბილურობის გამო, Prussian Blue არის ლითონის ორგანული ჩარჩო (MOF) სტრუქტურა, რომელიც ფართოდ გამოიყენება ელექტროდების მოდიფიკაციისთვის.
სხვა აპლიკაციების გარდა, Prussian Blue და მისი ანალოგები სპილენძის ჰექსაციანოფერატი და ნიკელის ჰექსაციანოფერატი გამოიყენება, როგორც ლურჯი, წითელი და ყვითელი ფერის ფერადი მელანი, შესაბამისად.
Prussian Blue ნანონაწილაკების უზარმაზარი უპირატესობა მათი უსაფრთხოებაა. Prussian Blue ნანონაწილაკები სრულად ბიოდეგრადირებადია, ბიოთავსებადი და დამტკიცებულია FDA-ს მიერ სამედიცინო გამოყენებისთვის.

პრუსიის ლურჯი ნანოკუბების სონოქიმიური სინთეზი

პრუსიის ლურჯი/ჰექსაციანოფერიტის ნანონაწილაკების სინთეზი არის ჰეტეროგენული სველ-ქიმიური ნალექის რეაქცია. ნაწილაკების ვიწრო ზომის განაწილებითა და მონოდისპერსიულობით ნანონაწილაკების მისაღებად საჭიროა ნალექის საიმედო მარშრუტი. ულტრაბგერითი ნალექი კარგად არის ცნობილი მაღალი ხარისხის ნანონაწილაკებისა და პიგმენტების საიმედო, ეფექტური და მარტივი სინთეზით, როგორიცაა მაგნეტიტი, თუთიის მოლიბდატი, თუთიის ფოსფომოლიბდატი, სხვადასხვა ბირთვის გარსის ნანონაწილაკები და ა.შ.

სველი-ქიმიური სინთეზის მარშრუტები პრუსიის ლურჯი ნანონაწილაკებისთვის

Prussian Blue ნანონაწილაკების სინთეზის სონოქიმიური გზა ეფექტური, მარტივი, სწრაფი და ეკოლოგიურად სუფთაა. ულტრაბგერითი ნალექი იძლევა მაღალი ხარისხის პრუსიის ლურჯი ნანოკუბებს, რომლებიც ხასიათდება ერთიანი მცირე ზომით (დაახლოებით 5ნმ), ვიწრო ზომის განაწილებით და მონოდისპერსიულობით.
პრუსიის ცისფერი ნანონაწილაკები შეიძლება სინთეზირებული იყოს ნალექების სხვადასხვა გზით პოლიმერული სტაბილიზატორებით ან მის გარეშე.
სტაბილიზატორის პოლიმერის გამოყენების თავიდან აცილების მიზნით, პრუსიის ლურჯი ნანოკუბები შეიძლება დალექილდეს უბრალოდ FeCl-ის ულტრაბგერითი შერევით.₃ და კ₃[Fe(CN)₆] ჰ₂ო₂.
ამ სახის სინთეზში სონოქიმიის გამოყენებამ ხელი შეუწყო უფრო პატარა ნანონაწილაკების მიღებას (ანუ 5 ნმ ზომის ნაცვლად ≈50 ნმ ზომის ნაცვლად, რომელიც მიღებული იყო ბგერის გარეშე). (დაკარო და სხვ. 2018)

ულტრაბგერითი პრუსიული ცისფერი სინთეზის შემთხვევის შესწავლა

ზოგადად, პრუსიის ლურჯი ნანონაწილაკები სინთეზირდება ულტრაბგერითი მეთოდის გამოყენებით.
ამ ტექნიკაში, 0,05 M ხსნარი K₄[Fe(CN)₆] ემატება 100 მლ მარილმჟავას ხსნარს (0,1 მოლ/ლ). შედეგად მიღებული კ₄[Fe(CN)₆] წყალხსნარი ინახება 40ºC ტემპერატურაზე 5 საათის განმავლობაში ხსნარის გაჟონვისას და შემდეგ გაცივდება ოთახის ტემპერატურაზე. მიღებულ ცისფერ პროდუქტს ფილტრავენ და არაერთხელ რეცხავენ გამოხდილი წყლით და აბსოლუტური ეთანოლით და ბოლოს აშრობენ ვაკუუმურ ღუმელში 25ºC-ზე 12 საათის განმავლობაში.

ჰექსაციანოფერიტის ანალოგი სპილენძის ჰექსაციანოფერიტი (CuHCF) სინთეზირებული იყო შემდეგი გზით:
CuHCF ნანონაწილაკები სინთეზირებული იყო შემდეგი განტოლების მიხედვით:
Cu (NO₃)₃ + კ₄[Fe(CN)₆] –> Cu₄[Fe(CN)₆] + KN0₃

CuHCF nanoparticles are synthesized by the method developed by Bioni et al., 2007. The mixture of 10 mL of 20 mmol L^-1 კ₃[Fe(CN)₆] + 0,1 მოლ ლ^-1 KCl ხსნარი 10 მლ 20 მმოლ ლ^-1 CuCl₂ + 0,1 მოლ ლ^-1 KCl, გაჟონვის კოლბაში. შემდეგ ნარევი დასხივდება მაღალი ინტენსივობის ულტრაბგერითი გამოსხივებით 60 წუთის განმავლობაში, პირდაპირი ჩაძირვის ტიტანის რქის გამოყენებით (20 kHz, 10 Wcm).^-1) რომელიც ჩაყარეს ხსნარში 1 სმ სიღრმეზე. შერევის დროს შეიმჩნევა ღია ყავისფერი დეპოზიტის გამოჩენა. ამ დისპერსიის დიალიზება ხდება 3 დღის განმავლობაში ძალიან სტაბილური, ღია ყავისფერი ფერის დისპერსიის მისაღებად.
(შდრ. Jassal et al. 2015)

ვუ და სხვ. (2006) სინთეზირებული პრუსიის ლურჯი ნანონაწილაკები სონოქიმიური გზით K-დან₄[Fe(CN)₆], რომელშიც Fe2+ წარმოიქმნა [FeII(CN)6]4−-ის დაშლით მარილმჟავაში ულტრაბგერითი დასხივებით; Fe²⁺ დაჟანგდა Fe-მდე³⁺ რეაგირება დარჩენილი [FeII(CN)₆]4− იონები. კვლევის ჯგუფმა დაასკვნა, რომ სინთეზირებული პრუსიული ლურჯი ნანოკუბების ზომის ერთგვაროვანი განაწილება გამოწვეულია ულტრაბგერითი ეფექტით. FE-SEM გამოსახულება მარცხნივ გვიჩვენებს ვუ-ს კვლევითი ჯგუფის მიერ სონოქიმიურად სინთეზირებულ რკინის ჰექსაციანოფერატის ნანოკუბებს.

Large-scale synthesis: to prepare PB nanoparticles on a large-scale, PVP (250 g) and K₃[Fe(CN)₆] (19,8 გ) დაემატა 2000 მლ HCl ხსნარს (1 მ). ხსნარი გაჟღენთილი იყო, სანამ გამჭვირვალე იყო და შემდეგ მოათავსეს ღუმელში 80 ° C ტემპერატურაზე დაბერების რეაქციის მისაღწევად 20-24 საათის განმავლობაში. ნარევი შემდეგ ცენტრიფუგირებულ იქნა 20000 rpm-ზე 2 საათის განმავლობაში PB ნანონაწილაკების შესაგროვებლად. (უსაფრთხოების შენიშვნა: ნებისმიერი შექმნილი HCN-ის გამოსადევნებლად, რეაქცია უნდა განხორციელდეს კვამლის გამწოვში).

Sono-Electrochemical Synthesis of Prussian Blue

Another highly efficient synthesis technique for Prussian Blue is the sono-electrochemical route, which synergistically combines electrochemical deposition with high-intensity ultrasound. This method enhances mass transport, accelerates nucleation kinetics, and promotes uniform nanoparticle formation through cavitation-induced micro-mixing and surface activation. This makes the sono-electrochemical Prussian Blue synthesis a reliable pathway for the industrial production of nanoscale Prussian Blue.
Read more about the sono-electrochemical setup for Prussian Blue synthesis!

ულტრაბგერითი ზონდები და სონოქიმიური რეაქტორები პრუსიის ლურჯი სინთეზისთვის

Hielscher Ultrasonics is long-termed experiences manufacturer of high-performance sonicators that are used worldwide in research laboratories and industrial production. The sonochemical synthesis and precipitation of nanoparticles and pigments is a demanding application that requires high-power ultrasonic probes which generate constant amplitudes. All Hielscher sonicators are designed and manufactured to be operated for 24/7 under full load. Ultrasonic processors are available from compact 50 watts ultrasonic probes to 16,000 watts powerful inline ultrasonic reactors. A wide variety of booster horns, sonotrodes and flow cells allow for the individual setup of an sonochemical system in correspondence to the precursors, pathway and final product.

სონოქიმიური სინთეზი – Batch or Inline Tailored to Your Needs

Hielscher ultrasonic probes can be used for batch and continuous inline sonication. Depending on reaction volume and reaction speed, we will recommend you the most suitable ultrasonic setup. Lab, bench-top, pilot and fully-industrial sonicators allow the processing of any volume.

უმაღლესი ხარისხის სტანდარტები – შექმნილია და დამზადებულია გერმანიაში

As a family-owned and family-run business, Hielscher prioritizes highest quality standards for its ultrasonic processors. All ultrasonicators are designed, manufactured and thoroughly tested in our headquarter in Teltow near Berlin, Germany. Robustness and reliability of Hielscher ultrasonic equipment make it a work horse in your production. 24/7 operation under full load and in demanding environments is a natural characteristic of Hielscher high-performance ultrasonic probes and reactors.

ქვემოთ მოყვანილი ცხრილი გვიჩვენებს ჩვენი ულტრაბგერითი აპარატების სავარაუდო დამუშავების შესაძლებლობებს: