Ultrasonic Borophene Synthese op industrieller Skala
Borophene, eng zweedimensional nanostrukturéiert Derivat vu Bor, kann effizient synthetiséiert ginn iwwer eng liicht a bëlleg Ultraschallexfoliatioun. Ultraschall Liquid Phase Exfoliatioun kann benotzt ginn fir grouss Quantitéite vu qualitativ héichwäerte Borophen Nanosheeten ze produzéieren. D'Ultraschall-Exfoliatiounstechnik gëtt wäit benotzt fir 2D Nanomaterialien (zB Grafen) ze produzéieren an ass bekannt fir seng Virdeeler vu qualitativ héichwäerteg Nanoblieder, héich Ausbezuelen, séier a liicht Operatioun, souwéi allgemeng Effizienz.
Ultraschall Exfoliatiounsmethod fir Borophen Virbereedung
Ultraschall gedriwwen Flëssegphase Peeling gëtt wäit benotzt fir 2D Nanosheets aus verschiddene bulk Virgänger ze preparéieren, dorënner Grafit (Graphen), Bor (Borophen) ënner anerem. Am Verglach mat der chemescher Exfoliatiounstechnik gëtt d'Ultraschall-assistéiert Flëssegphase Peeling als déi méi verspriechend Strategie ugesinn fir 0D an 2D Nanostrukture wéi Bor Quante Punkten (BQDs) a Borophen ze preparéieren. (cf. Wang et al., 2021)
D'Schema lénks weist den Ultraschall-Tieftemperatur-Flësseg Peeling-Prozess vun 2D puer-Schicht Borophenplacke.(Studie a Bild: ©Lin et al., 2021.)
Sonochemical Reaktor equipéiert mat engem 2000 Watt industriell Ultraschall Prozessor UIP2000hdT fir grouss Skala Borophen Peeling.
Fallstudien vun Ultraschall Borophene Exfoliatioun
D'Exfoliatioun an d'Delaminatioun mat Hëllef vu Kraaft-Ultraschall an engem Flëssegphase-Prozess gouf wäit studéiert an erfollegräich op Borophen an aner Bor-Derivate wéi Bor Quantepunkter, Bornitrid oder Magnesiumdiborid applizéiert.
α-Borophen
An der Studie, déi vu Göktuna an Taşaltın (2021) gemaach gouf, gouf α Borophen iwwer eng liicht a bëlleg Ultraschallexfoliatioun virbereet. Déi ultraschall synthetiséiert Borophen Nanosheeten weisen eng α Borophene kristallin Struktur.
Protokoll: 100 mg Bor-Mikropartikel goufen an 100 ml DMF bei 200 W (zB mam UP200St mat S26d14 benotzt) fir 4h an engem Stickstoff (N) sonicated2) Flow kontrolléiert Kabine fir d'Oxidatioun während dem Ultraschall Flëssegphase Exfoliatiounsprozess ze vermeiden. D'Léisung vun exfoliéierte Borpartikelen gouf mat 5000 RPM- an 12.000 RPM- fir 15 min respektiv centrifugéiert, duerno Borophene virsiichteg gesammelt an an engem Vakuum-Ambiance fir 4h bei 50ºC gedréchent. (cf. Göktuna an Taşaltın, 2021)
Schematesch Illustratioun vu Borophen mat e puer Schichten exfoliéiert vum Sonde Ultraschall assistéiert solvothermesch Behandlungsprozess.
Etude a Bild: © Zhang et al., 2020
Puer-Layer Borophene
Zhang et al. (2020) bericht eng Aceton solvothermesch Flëssegphase Exfoliatiounstechnik, déi d'Produktioun vu héichqualitativen Borophen mat enger grousser horizontaler Gréisst erlaabt. Mat Hëllef vum Schwellungseffekt vum Aceton gouf de Borpulver Virleefer fir d'éischt an Aceton befeucht. Duerno gouf de befeuchtte Bor-Virgänger weider solvothermesch an Aceton bei 200ºC behandelt, gefollegt vun der Sonikatioun mat engem Sonde-Typ Sonicator bei 225 W fir 4h. Borophene mat e puer Schichten Bor an enger horizontaler Gréisst bis zu 5,05 mm gouf endlech kritt. D'Aceton solvothermal-assistéiert Flëssegphase Exfoliatiounstechnik kann benotzt ginn fir Bor Nanoplacke mat groussen horizontalen Gréissten a vun héich Qualitéit ze preparéieren. (cf. Zhang et al., 2020)
Wann XRD Muster vum ultraschall exfoliéierten Borophen mat dem Bulk Bor Virleefer verglach gëtt, kann en ähnlecht XRD Muster observéiert ginn. Déi meescht vun de grousse Diffraktiounspeaks kënnen op de b-rhombohedralen Bor indexéiert ginn, wat suggeréiert datt d'kristallin Struktur bal virun an no der Peelingbehandlung konservéiert ass.
SEM Biller mat gerénger Opléisung (a) an héijer Opléisung (b) vu Borophen mat e puer Schichten kritt duerch ultraschall-assistéiert solvothermesch Peeling an Aceton
Etude a Bild: © Zhang et al., 2020
XRD Musteren (a) a Raman Spektra (b) vun onbehandelt Bulk Bor a Borophen mat e puer Schichten kritt duerch Sonde Ultraschall assistéiert solvothermesch Peeling.
Etude a Bild: © Zhang et al., 2020
Sonochemesch Synthese vu Boron Quantum Dots
Hao et al. (2020) erfollegräich virbereet grouss-Skala an eenheetlech kristallin Hallefleit Bor Quantephysik Punkten (BQDs) aus erweidert Bor Pudder an Acetonitrile, engem héich polare organesch Léisungsmëttelbad, mat engem mächtege Sonde-Typ Ultrasonicator (zB, UP 400 St, UIP500hdT oder UIP1000hdT). Déi synthetiséiert Bor Quantepunkte mat 2,46 ± 0,4 nm an der lateraler Gréisst an 2,81 ± 0,5 nm an der Dicke.
Protokoll: An enger typescher Virbereedung vu Bor Quante Punkte gouf 30 mg vum Borpulver fir d'éischt an eng Dräi-Halskolbe bäigefüügt an duerno gouf 15 ml Acetonitril an d'Fläsch bäigefüügt virum Ultraschallprozess. D'Exfoliatioun gouf mat enger Ausgangsleistung vu 400 W gemaach (zB mat der UIP500hdT), 20kHz Frequenz an Ultraschallzäit vun 60 min. Fir d'Iwwerhëtzung vun der Léisung während der Ultraschall ze vermeiden, gouf d'Ofkillung mat engem Äisbad oder Labo Chiller fir eng konstant Temperatur applizéiert. Déi resultéierend Léisung gouf bei 1500 rpm fir 60 min centrifugéiert. De Supernatant enthält Bor Quante Punkte gouf sanft extrahéiert. All Experimenter goufen bei Raumtemperatur duerchgefouert. (cf. Hao et al., 2020)
An der Studie vu Wang et al. (2021), de Fuerscher preparéiert Bor Quante Punkte mat der Ultraschall Flëssegphase Exfoliatiounstechnik och. Si kruten monodispersed Bor Quante Punkt mat enger schmueler Gréisst Verdeelung, excellent Dispersibilitéit, héich Stabilitéit an IPA Léisung, an zwee-Foto fluorescence.
TEM Biller an déi entspriechend Duerchmiesser Verdeelung vun de BQDs, déi ënner ënnerschiddlechen Ultraschallbedéngungen preparéiert sinn. (a) TEM Bild vu BQDs-2 synthetiséiert bei 400 W fir 2 h. (b) TEM Bild vu BQDs-3 synthetiséiert bei 550 W fir 1 h. (c) TEM Bild vu BQDs-3 synthetiséiert bei 400 W fir 4 h. (d) Duerchmiesser Verdeelung vun de Quantepunkten, déi aus (a) kritt goufen. (e) Duerchmiesser Verdeelung vun de Quantepunkten, déi aus (b) kritt goufen. (f) Duerchmiesser Verdeelung vun de Quantepunkte kréien aus (c).
Etude a Bild: © Hao et al., 2020
Ultrasonic Exfoliatioun vu Magnesium Diboride Nanosheets
De Prozess vun der Peeling gouf duerch Suspendéiere vu 450mg Magnesiumdiborid duerchgefouert
(MgB2) Pulver (ongeféier 100 Mesh Gréisst / 149 Mikron) an 150 ml Waasser an aussetzt se fir Ultraschall fir 30 Minutten. D'Ultraschall Peeling kann mat engem Sonde-Typ Ultrasonicator wéi den UP200Ht oder UP 400 St mat enger Amplitude vun 30% an Zyklus Modus vun 10sec On / Off Impulser. D'Ultraschall Peeling resultéiert an enger donkel schwaarzer Suspension. Déi schwaarz Faarf kann un d'Faarf vum pristine MgB2-Pulver zougeschriwwe ginn.
Eng Héich-Vitesse Sequenz (vun a bis f) vu Frames, déi sono-mechanesch Peeling vun enger Grafitflacke am Waasser illustréieren mat der Hëllef vun der UP200S, engem 200W Ultrasonicator mat 3mm sonotrode. Pfeile weisen d'Plaz vun der Spaltung (Exfoliatioun) mat Kavitatiounsblasen, déi d'Spalt penetréieren.
© Tyurnina et al. 2020
Mächteg Ultraschaller fir Borophene Exfoliatioun op all Skala
Hielscher Ultrasonics designt, fabrizéiert a verdeelt robust an zouverléisseg Ultrasonicatoren an all Gréisst. Vu kompakt Labo Ultraschall-Geräter bis industriell Ultraschallsonden a Reaktoren, Hielscher huet den ideale Ultraschallsystem fir Äre Prozess. Mat laanger Zäit Erfahrung an Uwendungen wéi Nanomaterial Synthese a Dispersioun, wäert eis gutt trainéiert Personal Iech déi gëeegent Setup fir Är Ufuerderunge recommandéiere. Hielscher industriell Ultraschall Prozessoren sinn als zouverlässeg Aarbecht Päerd an industriell Ariichtungen bekannt. Kapabel fir ganz héich Amplituden ze liwweren, Hielscher Ultraschaller sinn ideal fir High-Performance Uwendungen wéi Borophen oder Graphen Exfoliatioun souwéi Nanomaterial Dispersiounen. Amplituden vu bis zu 200µm kënne ganz einfach kontinuéierlech a 24/7 Operatioun lafen. Fir nach méi héich Amplituden sinn personaliséiert Ultraschall Sonotroden verfügbar.
All Ausrüstung ass entworf a fabrizéiert an eisem Sëtz an Däitschland. Virun der Liwwerung un de Client gëtt all Ultraschallapparat suergfälteg ënner voller Laascht getest. Mir striewen no Client Zefriddenheet an eis Produktioun ass strukturéiert fir héchst Qualitéitssécherung ze erfëllen (zB ISO Zertifizéierung).
- héich Effizienz
- Staat-vun-der-Konscht Technologie
- Zouverlässegkeet & Robustheet
- batch & an der Schlaang
- fir all Volumen
- intelligent Software
- Smart Features (zB Dateprotokolléierung)
- CIP (clean-in-place)
D'Tabell hei drënner gëtt Iech eng Indikatioun vun der geschätzter Veraarbechtungskapazitéit vun eisen Ultraschaller:
| Batch Volume | Duerchflossrate | Recommandéiert Apparater |
|---|---|---|
| 1 bis 500 ml | 10 bis 200 ml/min | UP100H |
| 10 bis 2000 ml | 20 bis 400 ml/min | UP200Ht, UP 400 St |
| 0.1 bis 20L | 02 bis 4 l/min | UIP2000hdT |
| 10 bis 100 l | 2 bis 10 l/min | UIP4000hdT |
| na | 10 bis 100 l/min | UIP16000 |
| na | méi grouss | Stärekoup vun UIP16000 |
Kontaktéiert eis! / Frot eis!
Hielscher Ultrasonics fabrizéiert High-Performance Ultrasonic Homogenisatoren fir d'Vermëschung vun Uwendungen, Dispersioun, Emulsifikatioun an Extraktioun op Labo, Pilot an Industrieskala.
Literatur / Referenzen
- Feng Zhang, Liaona She, Congying Jia, Xuexia He, Qi Li, Jie Sun, Zhibin Lei, Zong-Huai Liu (2020): Few-layer and large flake size borophene: preparation with solvothermal-assisted liquid phase exfoliation. RSC Advances 46, 2020.
- Simru Göktuna, Nevin Taşaltın (2021): Preparation and characterization of PANI: α borophene electrode for supercapacitors. Physica E: Low-dimensional Systems and Nanostructures,
Volume 134, 2021. - Chen, C., Lv, H., Zhang, P. et al. (2021): Synthesis of bilayer borophene. Nature Chemistry 2021.
- Haojian, Lin; Shi, Haodong;Wang, Zhen; Mu, Yuewen ; Li, Si-Dian; Zhao, Jijun; Guo, Jingwei ; Yang, Bing; Wu, Zhong-Shuai; Liu, Fei. (2021): Low-temperature Liquid Exfoliation of Milligram-scale Single Crystalline Few-layer β12-Borophene Sheets as Efficient Electrocatalysts for Lithium–Sulfur Batteries. 2021.
- Jinqian Hao; Guoan Tai; Jianxin Zhou; Rui Wang; Chuang Hou; Wanlin Guo (2020): Crystalline Semiconductor Boron Quantum Dots. ACS Applied Material Interfaces 12 (15), 2020. 17669–17675.
Fakten Worth Wëssen
borophene
Borophene ass eng kristallin atomar Monoschicht vu Bor, dh et ass eng zweedimensional Allotrop vu Bor (och Bor Nanosheet genannt). Seng eenzegaarteg physesch a chemesch Charakteristike maachen Borophen zu engem wäertvollen Material fir vill industriell Uwendungen.
Borophene seng aussergewéinlech physesch a chemesch Eegeschafte enthalen eenzegaarteg mechanesch, thermesch, elektronesch, optesch a superleitend Facetten.
Dëst mécht Méiglechkeeten op fir Borophen fir Uwendungen an Alkalimetallionbatterien, Li-S Batterien, Waasserstofflagerung, Supercapacitor, Sauerstoffreduktioun an Evolutioun, souwéi CO2 Elektroreduktiounsreaktioun ze benotzen. Besonnesch héich Interessi geet an Borophen als Anodematerial fir Batterien an als Waasserstofflagermaterial. Wéinst héich theoretesch spezifesch Kapazitéiten, elektronesch Konduktivitéit an Ionentransporteigenschaften, qualifizéiert Borophen als super Anodematerial fir Batterien. Wéinst der héijer Adsorptiounskapazitéit vu Waasserstoff op Borophen bitt et e grousst Potenzial fir Waasserstofflagerung - mat enger Stroagekapazitéit iwwer 15% vu sengem Gewiicht.
Borophene fir Wasserstofflagerung
Zweedimensional (2D) Bor-baséiert Materialien kréien vill Opmierksamkeet als H2 Späichermedien wéinst der gerénger Atommass vu Bor an der Stabilitéit vun der Dekoratioun vun Alkalimetaller op der Uewerfläch, déi d'Interaktioune mat H2 verbesseren. Zwee-zweedimensional borophene Nanosheets, déi liicht synthetiséiert kënne ginn mat Hëllef vun Ultraschall Flëssegphase Peeling wéi uewen beschriwwen, hunn eng gutt Affinitéit fir verschidde Metalldekoratiounsatomer gewisen, an deenen d'Clustering vu Metallatome ka geschéien. Mat enger Vielfalt vu Metalldekoratiounen, wéi Li, Na, Ca, an Ti op verschiddene Borophen Polymorphen, goufen beandrockend H2 gravimetrisch Dichte vu 6 bis 15 gew.% kritt, wat den US Department of Energy (DOE) Ufuerderung fir Bordlagerung iwwerschreift. vun 6,5 wt% H2. (cf. Habibi et al., 2021)
Hielscher Ultrasonics fabrizéiert High-Performance Ultrasonic Homogenisatoren aus Labo zu industriell Gréisst.