Ultraschall-Nassfällung vun Nanowierfele vu Berliner Blo
Berliner Blo oder Eisenhexacyanoferrat ass e nanostrukturéiert metall-organescht Gerëscht (MOF), dat bei der Hierstellung vun Natriumionebatterien, an der Biomedizin, an Tënten an an der Elektronik agesat gëtt. Déi naasscheemesch Synthes mat Ultraschall ass en effizienten, zouverlässegen a séiere Wee fir Nanowierfele vu Berliner Blo an Analoge vu Berliner Blo wéi Kofferhexacyanoferrat an Néckelhexacyanoferrat hierzestellen. Mat Ultraschall ausgefällten Nanopartikele vu Berliner Blo zeechne sech duerch eng enk Partikelgréissteverdeelung, Monodispersitéit an eng héich Funktionalitéit aus.
Berliner Blo an Hexacyanoferrat-Analogen
Berliner Blo oder Eisenhexacyanoferrater gi breet als funktionellt Material agesat, fir elektrocheemesch Uwendungen ze entwéckelen a cheemesch Sensoren, elektrochrom Affichageën, Tënten a Beschichtungen, Batterien (Natriumionebatterien), Kondensatoren a Superkondensatoren, Material fir d’Späichere vu Katioune wéi H+ oder Cs+, Katalysatoren, Theranostika an aneres hierzestellen. Wéinst senger gudder Redoxaktivitéit an héijer elektrocheemescher Stabilitéit ass Berliner Blo eng metall-organesch Gerëschtstruktur (MOF), déi breet fir d’Modifikatioun vun Elektroden agesat gëtt.
Nieft verschiddenen aneren Uwendunge gi Berliner Blo a seng Analoge Kofferhexacyanoferrat an Néckelhexacyanoferrat als Faarftënten a respektiv bloer, rouder a gieler Faarf agesat.
E risege Virdeel vun Nanopartikele vu Berliner Blo ass hir Sécherheet. Nanopartikele vu Berliner Blo si vollstänneg biologesch ofbaubar, biokompatibel a vun der FDA fir medezinesch Uwendungen zougelooss.
Den Ultraschallapparat UIP2000hdT ass e leeschtungsstaarkt sonocheemescht Gerät fir d’Synthes an d’Fällung vun Nanopartikelen
Sonocheemesch Synthes vun Nanowierfele vu Berliner Blo
D’Synthes vun Nanopartikele vu Berliner Blo / Hexacyanoferrit ass eng heterogen naasscheemesch Fällungsreaktioun. Fir Nanopartikele mat enger enker Partikelgréissteverdeelung a Monodispersitéit ze kréien, ass en zouverlässege Fällungswee néideg. D’Ultraschallfällung ass bekannt fir déi zouverlässeg, effizient an einfach Synthes vu qualitativ héichwäertegen Nanopartikelen a Pigmenter wéi Magnetit, Zénkmolybdat, Zénkphosphomolybdat, verschidde Kär-Schuel-Nanopartikelen asw.
Naasscheemesch Synthesweeër fir Nanopartikele vu Berliner Blo
De sonocheemesche Wee fir d’Synthes vun Nanopartikele vu Berliner Blo ass effizient, einfach, séier an ëmweltfrëndlech. D’Ultraschallfällung liwwert qualitativ héichwäerteg Nanowierfele vu Berliner Blo, déi sech duerch eng eenheetlech kleng Gréisst (ongeféier 5nm), eng enk Gréissteverdeelung a Monodispersitéit auszeechnen.
Nanopartikele vu Berliner Blo kënnen iwwer verschidde Fällungsweeër mat oder ouni polymer Stabilisatoren synthetiséiert ginn.
Ouni e stabiliséierende Polymer ze benotzen, kënnen Nanowierfele vu Berliner Blo einfach ausgefällt ginn duerch d’Mëschung mat Ultraschall vu FeCl3 a K3[Fe(CN)6] a Presenz vun H2O2.
Den Asaz vun der Sonochemie bei dëser Zort vu Synthes huet dozou bäigedroen, méi kleng Nanopartikelen ze kréien (dat heescht mat enger Gréisst vu 5 nm amplaz vun enger Gréisst vun ≈50 nm, déi ouni Ultraschallbehandlung erreecht gouf). (Dacarro et al. 2018)
Fallstudien iwwer d’Synthes vu Berliner Blo mat Ultraschall
Am Allgemenge ginn Nanopartikele vu Berliner Blo mat der Ultraschallmethod synthetiséiert.
Bei dëser Technik gëtt eng 0,05 M Léisung vu K4[Fe(CN)6] zu 100 ml vun enger Salzsaierléisung mat enger Konzentratioun vun (0,1 mol/L) bäigefüügt. Déi doraus entstane wässerlech Léisung vu K4[Fe(CN)6] gëtt fir 5 h bei 40ºC gehalen a wärend där Zäit mat Ultraschall behandelt; duerno léisst een se bei Raumtemperatur ofkillen. Dat kritt blot Produkt gëtt filtréiert an ëmmer erëm mat destilléiertem Waasser an absoluttem Ethanol gewäsch a schliisslech fir 12 h bei 25ºC an engem Vakuumuewe gedréchent.
Den Hexacyanoferrit-Analog Kofferhexacyanoferrit (CuHCF) gouf iwwer de folgende Wee synthetiséiert:
D’CuHCF-Nanopartikele goufen no der folgender Gläichung synthetiséiert:
Cu(NO3)3 + K4[Fe(CN)6] –> Cu4[Fe(CN)6] + KN03
CuHCF-Nanopartikele ginn no der Method synthetiséiert, déi vu Bioni et al., 2007 entwéckelt gouf. D’Mëschung vun 10 mL vun enger Léisung mat 20 mmol L-1 K3[Fe(CN)6] + 0,1 mol L-1 KCl mat 10 mL vun enger Léisung mat 20 mmol L-1 CuCl2 + 0,1 mol L-1 KCl an engem Ultraschallkollef. D’Mëschung gëtt duerno 60 min laang mat héichintensiver Ultraschallstralung bestralt, mat enger direkt an d’Léisung agedauchter Titansonotrod (20 kHz, 10Wcm-1), déi bis op eng Déift vun 1 cm an d’Léisung agedaucht gouf. Beim Mësche gëtt d’Entstoe vun engem hellbrongen Nidderschlag observéiert. Dës Dispersioun gëtt iwwer 3 Deeg dialyséiert, fir eng ganz stabil, hellbrong gefierft Dispersioun ze kréien.
(vgl. Jassal et al. 2015)
TEM-Mikroopnam vu mat Zitrat stabiliséierte Berliner Blo-Nanowierfelen
Etüd a Bild: Dacarro et al. 2018
Wu et al. (2006) hunn iwwer e sonochemesche Wee Berliner Blo-Nanopartikelen aus K4[Fe(CN)6] synthetiséiert, woubäi Fe2+ duerch d’Zersetzung vu [FeII(CN)6]4− duerch Ultraschallbestralung a Salzsaier produzéiert gouf; de Fe2+ gouf zu Fe3+ oxidéiert, fir mat de verbleiwende [FeII(CN)6]4−-Ionen ze reagéieren. D’Fuerschungsgrupp ass zur Schlussfolgerung komm, datt déi eenheetlech Gréissteverdeelung vun de synthetiséierte Berliner Blo-Nanowierfelen duerch d’Effekter vun der Ultraschallbehandlung verursaacht gëtt. D’FE-SEM-Bild lénks weist Eisenhexacyanoferrat-Nanowierfelen, déi vum Wu senger Fuerschungsgrupp sonochemesch synthetiséiert goufen.
Synthes a groussem Moossstaf: fir PB-Nanopartikelen a groussem Moossstaf hierzestellen, goufen PVP (250 g) a K3[Fe(CN)6] (19,8 g) zu 2.000 mL HCl-Léisung (1 M) bäigefüügt. D’Léisung gouf mat Ultraschall behandelt, bis se kloer war, an duerno bei 80°C an en Uewe gestallt, fir eng Alterungsreaktioun iwwer 20–24 Stonnen duerchzeféieren. D’Mëschung gouf duerno 2 Stonne laang bei 20.000 rpm zentrifugéiert, fir d’PB-Nanopartikelen ze sammelen. (Sécherheetshiweis: Fir eventuell entstanenen HCN ofzeféieren, sollt d’Reaktioun an engem Laborofzuch duerchgefouert ginn).
Sonoelektrochemesch Synthes vu Berliner Blo
Eng aner héicheffizient Synthestechnik fir Berliner Blo ass de sonoelektrochemesche Wee, deen d’elektrochemesch Oflagerung synergistesch mat héichintensivem Ultraschall kombinéiert. Dës Method verbessert de Stofftransport, beschleunegt d’Nukleatiounskinetik a fërdert eng eenheetlech Bildung vun Nanopartikelen duerch kavitatiounsbedéngt Mikromëschung an Uewerflächenaktivéierung. Doduerch ass déi sonoelektrochemesch Synthes vu Berliner Blo en zouverlässege Wee fir d’industriell Produktioun vu Berliner Blo am Nanomoossstaf.
Liest méi iwwer de sonoelektrochemeschen Opbau fir d’Synthes vu Berliner Blo!
Ultraschallsonden a sonochemesch Reaktere fir d’Synthes vu Berliner Blo
Hielscher Ultrasonics ass en Hiersteller mat laangjäreger Erfarung am Bau vu leeschtungsstaarke Sonikatoren, déi weltwäit a Fuerschungslaboratoiren an an der industrieller Produktioun agesat ginn. Déi sonochemesch Synthes an Ausfällung vun Nanopartikelen a Pigmenter ass eng usprochsvoll Uwendung, déi leeschtungsstaark Ultraschallsonden erfuerdert, déi konstant Amplitudë generéieren. All Hielscher-Sonikatore gi fir de 24/7-Betrib ënner Volllaascht entworf an hiergestallt. Ultraschallveraarbechtungsapparater si vu kompakten Ultraschallsonde mat 50 Watt bis zu leeschtungsstaarken Inline-Ultraschallreaktere mat 16.000 Watt disponibel. Eng grouss Auswiel u Boosterhornen, Sonotroden an Duerchflosszellen erméiglecht den individuellen Opbau vun engem sonochemesche System, deen op d’Ausgangsstoffer, de Syntheswee an d’Endprodukt ofgestëmmt ass.
Sonochemesch Synthes – chargëweis oder inline, op Är Bedierfnesser ofgestëmmt
Hielscher-Ultraschallsonde kënne fir chargëweis a kontinuéierlech Inline-Ultraschallbehandlung agesat ginn. Ofhängeg vum Reaktiounsvolumen a vun der Reaktiounsgeschwindegkeet recommandéiere mir Iech dee passendsten Ultraschallopbau. Sonikatore fir de Laboratoire, de Labordësch, de Pilotmoossstaf an de vollindustriellen Asaz erméiglechen d’Veraarbechtung vun all Volumen.
Déi héchst Qualitéitsstandarden – an Däitschland entworf an hiergestallt
Als Familljebetrib, deen am Besëtz vun der Famill ass a vun hir geleet gëtt, gëtt Hielscher den héchste Qualitéitsstandarde fir seng Ultraschallprozessoren d’Prioritéit. All Ultraschallapparater ginn an eisem Haaptsëtz zu Teltow bei Berlin an Däitschland entwéckelt, hiergestallt a grëndlech getest. D’Robustheet an d’Zouverlässegkeet vun den Ultraschallapparater vun Hielscher maachen se zu engem zouverlässegen Aarbechtsinstrument an Ärer Produktioun. De Betrib 24/7 ënner voller Laascht an an usprochsvollen Ëmfeld ass eng natierlech Eegenschaft vun den Héichleeschtungs-Ultraschallsonden a Reaktere vun Hielscher.
D’Tabell hei drënner gëtt Iech en Unhaltspunkt fir déi ongeféier Veraarbechtungskapazitéit vun eisen Ultraschallapparater:
| Chargevolumen | Duerchfloss | Recommandéiert Apparater |
|---|---|---|
| 1 bis 500mL | 10 bis 200mL/min | UP100H |
| 10 bis 2000mL | 20 bis 400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0,1 bis 20L | 0,2 bis 4L/min | UIP2000hdT |
| 10 bis 100L | 2 bis 10L/min | UIP4000hdT |
| n.a. | 10 bis 100L/min | UIP16000 |
| n.a. | méi héich | Verbund vun UIP16000 |
Kontaktéiert eis! / Stellt eis Är Froen!
Héichleeschtungs-Ultraschallhomogenisateure vum Labor- bis bei de Pilot- an industrielle Moossstaf.
Wëssenswäert Fakten
Wat ass Preiseschblo?
Preiseschblo gëtt cheemesch korrekt als Eisenhexacyanoferrat (Eisen(II,III)-hexacyanoferrat(II,III)) bezeechent, ass awer am alldeegleche Sproochgebrauch och als Berlinerblo, Eisen(III)-ferrocyanid, Eisen(III)-hexacyanoferrat, Eisen(III)-ferrocyanid, Eisen(III)-hexacyanoferrat(II) a Paräisserblo bekannt.
Preiseschblo gëtt als déifbloe Pigment beschriwwen, dat entsteet, wann Eisen(II)-ferrocyanidsalzer oxidéiert ginn. Et enthält Eisen(III)-hexacyanoferrat(II) an enger Kristallstruktur mat engem kubesche Gitter. Et ass net am Waasser léislech, huet awer och d’Tendenz, e Kolloid ze bilden, a kann dofir souwuel a kolloidaler oder waasserléislecher Form wéi och an enger onléislecher Form virleien. Fir klinesch Zwecker gëtt et mëndlech verabreicht, fir als Géigegëft bei bestëmmten Aarte vu Schwéiermetallvergëftungen ze déngen, wéi bei Vergëftunge mat Thallium a radioaktiven Isotope vum Cäsium.
Analoge vum Eisenhexacyanoferrat (Preiseschblo) si Kofferhexacyanoferrat, Kobalthexacyanoferrat, Zénkhexacyanoferrat an Néckelhexacyanoferrat.
Wat si metallorganesch Gerëschtstrukturen?
Metallorganesch Gerëschter (MOFs) sinn eng Klass vu Verbindungen, déi aus Metallionen oder Clustere bestinn, déi un organesch Ligande koordinéiert sinn an een-, zwee- oder dräidimensional Strukture bilde kënnen. Si sinn eng Ënnerklass vun de Koordinatiounspolymeren. Koordinatiounspolymere gi vu Metaller gebilt, déi duerch Liganden (sougenannt Verknëppungsmoleküllen) verbonne sinn, soudatt sech widderhuelend Koordinatiounsmotiver bilden. Hir Haapteegenschafte sinn hir Kristallinitéit an de Fait, datt si dacks poréis sinn.
Liest méi iwwer d’Ultraschallsynthes vu metallorganesche Gerëschtstrukturen (MOF)!
Natriumionebatterien
D’Natriumionebatterie (NIB) ass eng Zort nofëllbar Batterie. Am Géigesaz zu der Lithiumionebatterie benotzt d’Natriumionebatterie Natriumionen (Na+) amplaz vu Lithium als Ladungsdréier. Soss sinn d’Zesummesetzung, de Funktiounsprinzip an den Opbau vun den Zelle gréisstendeels identesch mat deene vun den üblechen a wäit verbreetene Lithiumionebatterien. Den Haaptënnerscheed tëscht dësen zwou Batteriezorten ass, datt a Li-Ion-Kondensatore Lithiumverbindunge benotzt ginn, wärend an Na-Ion-Batterien Natriummetaller agesat ginn. Dat bedeit, datt d’Kathod vun enger Natriumionebatterie Natrium oder Natriumkompositten an eng Anod (net onbedéngt e Material op Natriumbasis) souwéi e flëssegen Elektrolyt enthält, deen dissoziéiert Natriumsalzer a polare proteschen oder aprotesche Léisungsmëttelen enthält. Beim Opluede ginn Na+ aus der Kathod erausgezunn an an d’Anod agelagert, wärend d’Elektronen duerch den externe Stroumkrees fléissen; beim Entluede leeft den ëmgekéierte Prozess of, bei deem d’Na+ aus der Anod erausgezunn an nees an d’Kathod agelagert ginn, wärend d’Elektronen duerch den externe Stroumkrees fléissen an dobäi nëtzlech Aarbecht verriichten. Idealerweis sollten d’Materialie vun der Anod an der Kathod widderholl Zykle vun der Natriumspeicherung ouni Degradatioun aushale kënnen, fir eng laang Liewensdauer ze garantéieren.
D’sonochemesch Synthes ass eng zouverlässeg an effizient Technik fir héichwäerteg Natriummetallsalzer als Bulkmaterial hierzestellen, déi fir d’Fabrikatioun vun Natriumionekondensatore kënne benotzt ginn. D’Synthes vun Natriumpolver gëtt duerch d’Ultraschalldispersioun vu geschmoltenem Natriummetall a Mineralueleg duerchgefouert.
Literatur / Referenzen
- 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.