프로시안 블루 나노 큐브의 초음파 습식 침전

프러시안 블루 또는 철 헥사시아노페레이트는 나트륨 이온 배터리 제조, 생물 의학, 잉크 및 전자 제품에 사용되는 나노 구조 금속 유기 프레임워크(MOF)입니다. 초음파 습식 화학 합성은 구리 헥사시아노페레이트 및 니켈 헥사시아노페레이트와 같은 프러시안 블루 나노큐브 및 프러시안 블루 유사체를 생산하는 효율적이고 신뢰할 수 있으며 빠른 경로입니다. 초음파로 침전된 프러시안 블루 나노 입자는 좁은 입자 크기 분포, 단일 분산성 및 높은 기능성을 특징으로 합니다.

프러시안 블루와 헥사시아노페레이트 아날로그

프러시안 블루 또는 철 헥사시아노페레이트는 전기화학 응용 분야를 설계하고 화학 센서, 전기 변색 디스플레이, 잉크 및 코팅, 배터리(나트륨 이온 배터리), 커패시터 및 슈퍼 커패시터, H+ 또는 Cs+와 같은 양이온 저장 재료, 촉매, 테라노스틱스 등을 제조하는 기능성 재료로 널리 사용됩니다. 우수한 산화 환원 활성과 높은 전기화학적 안정성으로 인해 프러시안 블루는 전극 개질에 널리 사용되는 금속-유기 프레임워크(MOF) 구조입니다.
다양한 다른 응용 프로그램 외에도 Prussian Blue와 그 유사체 구리 헥사 시아 노 페레이트 및 니켈 헥사 시아 노 페레이트는 각각 파란색, 빨간색 및 노란색의 컬러 잉크로 사용됩니다.
프러시안 블루 나노 입자의 큰 장점은 안전성입니다. 프러시안 블루 나노 입자는 완전히 생분해되고 생체 적합성이 있으며 의료 응용 분야에 대해 FDA의 승인을 받았습니다.

프러시안 블루 나노큐브의 Sonochemical 합성

프러시안 블루 / 헥사 시아 노 페라이트 나노 입자의 합성은 이질적인 습식 화학 침전의 반응입니다. 좁은 입자 크기 분포와 단분산성을 가진 나노 입자를 얻기 위해서는 신뢰할 수 있는 침전 경로가 필요합니다. 초음파 침전은 마그네타이트, 몰리브덴산 아연, 인산 아연, 다양한 코어 쉘 나노 입자 등과 같은 고품질 나노 입자 및 안료의 신뢰할 수 있고 효율적이며 간단한 합성으로 잘 알려져 있습니다.

프러시안 블루 나노 입자에 대한 습식 화학 합성 경로

프러시안 블루 나노 입자 합성의 초음파 화학 경로는 효율적이고 쉽고 빠르며 환경 친화적입니다. 초음파 침전은 균일 한 작은 크기 (약 5nm), 좁은 크기 분포 및 단분산성을 특징으로하는 고품질 Prussian Blue nanocubes에서 수율을냅니다.
프러시안 블루 나노 입자는 고분자 안정제를 사용하거나 사용하지 않고 다양한 침전 경로를 통해 합성 할 수 있습니다.
안정화 폴리머의 사용을 피하면서 프러시안 블루 나노 큐브는 FeCl을 초음파로 혼합하여 간단히 침전 할 수 있습니다₃ 및 K₃【 철 (CN) 】₆]의 존재 하에 H₂O₂.
이러한 종류의 합성에서 초음파 화학을 사용하면 더 작은 나노 입자 (즉, 초음파 처리없이 얻은 ≈50nm 크기 대신 5nm 크기)를 얻는 데 도움이되었습니다. (다카로 외. 2018)

초음파 프러시안 블루 합성의 사례 연구

일반적으로 프러시안 블루 나노 입자는 초음파 법을 사용하여 합성됩니다.
이 기술에서 K의 0.05M 용액₄【 철 (CN) 】₆]를 (0.1 mol/L)의 염산 용액 100ml에 첨가한다. 결과 K₄【 철 (CN) 】₆] 수용액을 40ºC에서 5시간 동안 유지하면서 용액을 초음파 처리한 다음 실온에서 냉각시킨다. 얻어진 청색 생성물을 증류수와 절대 에탄올로 반복적으로 여과하고 세척한 후 최종적으로 25ºC의 진공 오븐에서 12시간 동안 건조합니다.

헥사시아노페라이트 아날로그 구리 헥사시아노페라이트(CuHCF)는 다음 경로를 통해 합성되었습니다.
CuHCF 나노 입자는 다음 방정식에 따라 합성되었습니다.
Cu(아니요₃)₃ + 케이₄【 철 (CN) 】₆] –> Cu₄【 철 (CN) 】₆] + KN0₃

CuHCF 나노입자는 Bioni 등(2007)이 개발한 방법을 통해 합성되었다. 10 mL의 20 mmol L^-1 K₃【 철 (CN) 】₆] + 0.1 몰 L^-1 10mL의 20mmol L이 포함된 KCl 용액^-1 큐클₂ + 0.1 몰 L^-1 KCl, 초음파 플라스크에. 그런 다음 혼합물에 60분 동안 고강도 초음파 방사선을 조사하여 직접 침지 티타늄 혼(20kHz, 10Wcm^-1)을 용액에 1cm 깊이까지 담갔다. 혼합물 중에는 밝은 갈색 침전물의 출현이 관찰됩니다. 이 분산액은 매우 안정적인 밝은 갈색의 분산액을 얻기 위해 3일에 걸쳐 투석됩니다.
(Jassal et al. 2015 참조)

Wu et al. (2006)은 K에서 초음파 화학 경로를 통해 프러시안 블루 나노 입자를 합성했습니다.₄【 철 (CN) 】₆], Fe2 +는 염산의 초음파 조사에 의해 [FeII (CN) 6] 4-의 분해에 의해 생성되었습니다. 페²⁺ Fe로 산화되었다.³⁺ 남은 [FeII(CN)와 반응한다.₆]4− 이온. 연구 그룹은 합성 된 프로시안 블루 나노 큐브의 균일 한 크기 분포가 초음파 효과에 의해 발생한다고 결론지었다. 왼쪽의 FE-SEM 이미지는 Wu의 연구 그룹에 의해 초음파 화학적으로 합성 된 철 헥사 시아 노 페레이트 나노 큐브를 보여줍니다.

대규모 합성: PB 나노입자를 대규모로 제조하기 위해, PVP(250 g)와 K₃【 철 (CN) 】₆](19.8g)을 HCl 용액(1M) 2,000mL에 첨가하였다. 용액을 맑을 때까지 초음파 처리 한 다음 80 ° C의 오븐에 넣어 20-24 시간 동안 노화 반응을 이룩 하였다. 그런 다음 혼합물을 PB 나노 입자를 수집하기 위해 20,000rpm에서 2 시간 동안 원심 분리했습니다. (안전 참고 사항: 생성된 HCN을 배출하려면 흄 후드에서 반응을 수행해야 합니다.)

프러시안 블루의 초음파-전기화학적 합성

프러시안 블루를 합성하는 또 다른 고효율 기술로는, 전기화학적 증착과 고강도 초음파를 시너지 효과를 내며 결합한 초음파-전기화학적 합성법이 있습니다. 이 방법은 캐비테이션에 의한 미세 혼합과 표면 활성화를 통해 물질 이동을 향상시키고, 핵생성 동역학을 가속화하며, 균일한 나노입자 형성을 촉진합니다. 이로 인해 초음파-전기화학적 프러시안 블루 합성법은 나노 규모의 프러시안 블루를 산업적으로 생산하기 위한 신뢰할 수 있는 방법입니다.
프러시안 블루 합성을 위한 초음파-전기화학 실험 장치에 대해 더 자세히 알아보세요!

Prussian Blue Synthesis를 위한 초음파 프로브 및 Sonochemical 반응기

Hielscher Ultrasonics는 전 세계 연구실 및 산업 생산 현장에서 사용되는 고성능 초음파 처리기의 제조업체로서 오랜 경험을 보유하고 있습니다. 나노입자 및 안료의 초음파 화학 합성 및 침전은 일정한 진폭을 생성하는 고출력 초음파 프로브가 필요한 까다로운 응용 분야입니다. 모든 Hielscher 초음파 장치는 최대 부하 상태에서 연중무휴 24시간 가동될 수 있도록 설계 및 제조되었습니다. 초음파 처리 장치는 소형 50와트 초음파 프로브부터 16,000와트급의 강력한 인라인 초음파 반응기에 이르기까지 다양하게 제공됩니다. 다양한 부스터 혼, 소노트로드 및 유동 셀을 통해 전구체, 공정 경로 및 최종 제품에 맞춰 초음파 화학 시스템을 개별적으로 구성할 수 있습니다.

Sonochemical 합성 – 고객의 요구에 맞춘 일괄 처리 또는 인라인 처리

Hielscher 초음파 프로브는 배치 방식 및 연속 인라인 초음파 처리에 모두 사용할 수 있습니다. 반응 용적과 반응 속도에 따라 귀사에 가장 적합한 초음파 설비를 추천해 드립니다. 실험실용, 벤치탑용, 파일럿용 및 완전 산업용 초음파 처리기를 통해 어떤 용적의 공정도 처리할 수 있습니다.

최고의 품질 기준 – 독일에서 설계 및 제조

가족이 소유하고 운영하는 기업인 Hielscher는 자사의 초음파 처리기에 대해 최고 수준의 품질 기준을 최우선으로 삼고 있습니다. 모든 초음파 장치는 독일 베를린 인근 텔토우에 위치한 본사에서 설계, 제조 및 철저한 테스트를 거칩니다. Hielscher 초음파 장비의 견고함과 신뢰성은 이를 귀사의 생산 현장에서 든든한 일꾼으로 만들어 줍니다. 최대 부하 상태 및 까다로운 환경에서도 연중무휴 24시간 가동되는 것은 Hielscher 고성능 초음파 프로브와 반응기의 당연한 특징입니다.

아래 표는 초음파기의 대략적인 처리 용량을 나타냅니다.