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.
The ultrasonicator UIP2000hdT is a powerful sonochemical device for the synthesis and precipitation of nanoparticles
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 nanoparticles are synthesized by the method developed by Bioni et al., 2007. The mixture of 10 mL of 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)
시트르산염으로 안정화된 프러시안 블루 나노큐브의 TEM 현미경 사진
연구 및 사진: Dacarro et al. 2018
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.
Large-scale synthesis: to prepare PB nanoparticles on a large-scale, PVP (250 g) and 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.)
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!
Prussian Blue Synthesis를 위한 초음파 프로브 및 Sonochemical 반응기
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.
Sonochemical 합성 – 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.
최고의 품질 기준 – 독일에서 설계 및 제조
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.
아래 표는 초음파기의 대략적인 처리 용량을 나타냅니다.
| 배치 볼륨(Batch Volume) | 유량 | 권장 장치 |
|---|---|---|
| 1 내지 500mL | 10 내지 200mL/분 | 업100H |
| 10 내지 2000mL | 20 내지 400mL/분 | UP200HT, UP400ST |
| 0.1 내지 20L | 0.2 내지 4L/min | UIP2000hdT 님 |
| 10에서 100L | 2 내지 10L/min | UIP4000hdt 님 |
| N.A. 개시 | 10 내지 100L/min | UIP16000 |
| N.A. 개시 | 큰 | 의 클러스터 UIP16000 |
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알아 둘 만한 가치가 있는 사실
프러시안 블루란 무엇인가요?
프러시안 블루는 화학적으로 철 헥사시아노페레이트(철(II,III) 헥사시아노페레이트(II,III))라고 부르는 것이 맞지만, 구어체로는 베를린 블루, 페릭 페로시아노화물, 철(III) 헥사시아노페레이트, 철(III) 헥사시아노페레이트(II) 및 파리지앵 블루로도 알려져 있습니다.
프러시안 블루는 제2철 페로시아나이드 염의 산화가 발생할 때 생성되는 짙은 파란색 색소로 설명됩니다. 그것은 입방 격자 결정 구조에 ferric hexacyanoferrate (II)를 포함합니다. 물에 녹지 않지만 콜로이드를 형성하는 경향이 있으므로 콜로이드 또는 수용성 형태와 불용성 형태로 존재할 수 있습니다. 그것은 탈륨 및 세슘의 방사성 동위 원소와 같은 중금속 중독의 특정 종류에 대한 해독제로 사용하기 위해 임상 목적으로 구두로 투여됩니다.
철 헥사시아노페레이트(프러시안 블루)의 유사체는 구리 헥사시아노페레이트, 코발트 헥사시아노페레이트, 아연 헥사시아노페레이트 및 니켈 헥사시아노페레이트입니다.
What are Metal-Organic Framework Structures?
금속-유기 프레임워크(MOF)는 1차원, 2차원 또는 3차원 구조를 형성할 수 있는 유기 리간드와 배위된 금속 이온 또는 클러스터로 구성된 화합물의 한 종류입니다. 그들은 배위 중합체의 하위 클래스입니다. 배위 중합체는 금속에 의해 형성되며, 금속은 리간드(소위 링커 분자)로 연결되어 반복적인 배위 동기가 형성됩니다. 그들의 주요 특징은 결정성과 종종 다공성임을 포함합니다.
금속-유기 프레임워크(MOF) 구조의 초음파 합성에 대해 자세히 알아보십시오!
나트륨 이온 배터리
나트륨 이온 배터리(NIB)는 충전식 배터리의 일종입니다. 리튬 이온 배터리와 달리 나트륨 이온 배터리는 리튬 대신 나트륨 이온(Na+)을 전하 운반체로 사용합니다. 그렇지 않으면 구성, 작동 원리 및 셀 구조는 일반적이고 널리 사용되는 리튬 이온 배터리의 구성과 거의 동일합니다. 두 배터리 유형의 주요 차이점은 리튬 이온 커패시터에는 리튬 화합물이 사용되는 반면 Na 이온 배터리에는 나트륨 금속이 적용된다는 것입니다. 이는 나트륨 이온 배터리의 음극에 나트륨 또는 나트륨 복합 재료와 양극(반드시 나트륨 기반 재료는 아님)뿐만 아니라 극성 양성자 또는 비양성자 용매에 해리된 나트륨 염을 포함하는 액체 전해질이 포함되어 있음을 의미합니다. 충전하는 동안 Na+는 음극에서 추출되어 양극에 삽입되고 전자는 외부 회로를 통해 이동합니다. 방전하는 동안 Na+가 양극에서 추출되어 음극에 다시 삽입되고 전자가 외부 회로를 통해 이동하는 유용한 작업을 수행하는 역과정이 발생합니다. 이상적으로, 양극 및 음극 재료는 긴 수명 주기를 보장하기 위해 분해 없이 반복적인 나트륨 저장 주기를 견딜 수 있어야 합니다.
Sonochemical synthesis is a reliable and efficient technique to produce high-quality bulk sodium metal salts, which can be used for the manufacturing of sodium-ion capacitors. The synthesis of sodium powder is accomplished via ultrasonic dispersion of molten sodium metal in mineral oil.
문헌 / 참고문헌
- Xinglong Wu, Minhua Cao, Changwen Hu, Xiaoyan He (2006): Sonochemical Synthesis of Prussian Blue Nanocubes from a Single-Source Precursor. Crystal Growth & Design 2006, 6, 1, 26–28.
- Vidhisha Jassal, Uma Shanker, Shiv Shanka (2015): Synthesis, Characterization and Applications of Nano-structured Metal Hexacyanoferrates: A Review. Journal of Environmental Analytical Chemistry 2015.
- Giacomo Dacarro, Angelo Taglietti, Piersandro Pallavicini (2018): Prussian Blue Nanoparticles as a Versatile Photothermal Tool. Molecules 2018, 23, 1414.
- Aharon Gedanken (2003): Sonochemistry and its application to nanochemistry. Current Science Vol. 85, No. 12 (25 December 2003), pp. 1720-1722.