Ultraskaņas borofēna sintēze rūpnieciskā mērogā
Borofēnu, divdimensiju nanostrukturētu bora atvasinājumu, var efektīvi sintezēt, izmantojot facile un lētu ultraskaņas pīlingu. Ultraskaņas šķidruma fāzes lobīšanos var izmantot, lai ražotu lielu daudzumu augstas kvalitātes borofēna nanoloksnes. Ultraskaņas pīlinga tehnika tiek plaši izmantota, lai ražotu 2D nanomateriālus (piemēram, grafēnu), un tā ir labi pazīstama ar augstas kvalitātes nanoloksņu priekšrocībām, augstu ražu, ātru un facile darbību, kā arī vispārējo efektivitāti.
Ultraskaņas pīlinga metode borofēna sagatavošanai
Ultrasoniski vadīts šķidrās fāzes pīlings tiek plaši izmantots, lai sagatavotu 2D nanoloksnes no dažādiem lielapjoma prekursoriem, tostarp grafīta (grafēna), bora (borofēna). Salīdzinot ar ķīmiskās pīlinga tehniku, ultrasoniski atbalstīta šķidrās fāzes pīlings tiek uzskatīts par daudzsološāku stratēģiju, lai sagatavotu 0D un 2D nanostruktūras, piemēram, bora kvantu punktus (BQDs) un borofēnu. (sal. Wang et al., 2021)
Atstātā shēma parāda 2D dažu slāņu borofēna lokšņu ultraskaņas zemas temperatūras šķidruma pīlinga procesu. (Pētījums un attēls: ©Lin et al., 2021.)
Sonoķīmiskais reaktors , kas aprīkots ar 2000 vati rūpnieciskais ultraskaņas procesors UIP2000hdT liela mēroga borofēna pīlingam.
Gadījumu izpēte ultraskaņas borofēna pīlings
Pīlings un delaminācija, izmantojot jaudas ultraskaņu šķidrās fāzes procesā, ir plaši pētīta un veiksmīgi pielietota borofēna un citos bora atvasinājumos, piemēram, bora kvantu punktos, bora nitrīdā vai magnija dibordā.
α-Borofēns
Pētījumā, ko veica Göktuna un Taşaltın (2021), α borofēns tika sagatavots, izmantojot facile un lētu ultraskaņas pīlingu. Ultrasoniski sintezētajām borofēna nanoloksnēm piemīt α borofēna kristāliskā struktūra.
Protokols: 100 mg bora mikrodaļiņu ar skaņas 100 ml DMF 200 W temperatūrā (piemēram, izmantojot UP200St ar S26d14) 4h slāpekļa (N2), plūsmas kontrolēta kabīne, lai novērstu oksidēšanos ultraskaņas šķidruma fāzes pīlinga procesā. Lobītu bora daļiņu šķīdums tika centrifugēts attiecīgi ar 5000 apgr./min un 12 000 apgr./min, pēc tam borofēns rūpīgi savākts un žāvēts vakuuma vidē 4h 50 ° C temperatūrā . (sk. Göktuna un Taşaltın, 2021)
Shematiska borofēna ilustrācija ar dažiem slāņiem, ko pīlings zondes ultraskaņas palīdz solvothermal apstrādes procesā.
Pētījums un attēls: ©Zhang et al., 2020
Dažu slāņu borofēns
(2020) ziņo par acetona solvothermal šķidruma fāzes pīlinga tehniku, kas ļauj ražot augstas kvalitātes borofēnu ar lielu horizontālu izmēru. Izmantojot acetona pietūkuma efektu, bora pulvera prekursors vispirms tika samitrināts acetonā. Tad samitrinātais bora prekursors tika vēl solvothermally apstrādāts acetonā 200 ° C temperatūrā, kam sekoja ultraskaņas apstrāde ar zondes tipa sonicatoru 225 W temperatūrā 4h. Beidzot tika iegūts borofēns ar dažiem bora slāņiem un horizontālu izmēru līdz 5,05 mm. Acetona solvothermal-assisted liquid phase exfoliation tehniku var izmantot, lai sagatavotu bora nanoloksnes ar lieliem horizontāliem izmēriem un augstu kvalitāti. (sal. ar Zhang et al., 2020)
Kad XRD modelis ultrasoniski lobīts borofēns tiek salīdzināts ar beztaras bora prekursoru, var novērot līdzīgu XRD modeli. Lielāko daļu galveno difrakcijas pīķu var indeksēt līdz b-rombohedrālajam boram, kas liecina, ka kristāliskā struktūra ir gandrīz saglabāta pirms un pēc pīlinga ārstēšanas.
SEM attēli ar zemu izšķirtspēju (a) un augstu izšķirtspēju (b) borofēna ar dažiem slāņiem, kas iegūti ar ultrasoniski atbalstītu solvothermal pīlingu acetonā
Pētījums un attēls: ©Zhang et al., 2020
XRD modeļi a) un Raman spektri b) neapstrādāta beztaras bora un borofēna ar dažiem slāņiem, kas iegūti ar zondes ultraskaņas palīdzību solvothermal pīlings.
Pētījums un attēls: ©Zhang et al., 2020
Bora kvantu punktu sonoķīmiskā sintēze
(2020) veiksmīgi pagatavoja liela mēroga un vienotus kristālisku pusvadītāju bora kvantu punktus (BQD) no paplašināta bora pulvera acetonitrilā, kas ir ļoti polārs organisks šķīdinātājs, izmantojot spēcīgu zondes tipa ultrasonikatoru (piemēram, UP400St, UIP500hdT vai UIP1000hdT). Sintezētie bora kvantu punkti ar 2,46 ±0,4 nm sānu izmērā un 2,81 ±0,5 nm biezumā.
Protokols: Tipiskā bora kvantu punktu sagatavošanā 30 mg bora pulvera vispirms pievienoja trīs kaklu kolbā un pēc tam pirms ultrasonication procesa pudelē tika pievienoti 15 ml acetonitrila. Pīlings tika veikts ar izejas jaudu 400 W (piemēram, izmantojot UIP500hdT), 20kHz frekvence un ultraskaņas laiks 60 min. Lai izvairītos no šķīduma pārkaršanas ultrasonication laikā, dzesēšana, izmantojot ledus vannu vai laboratorijas dzesētāju, tika piemērota nemainīgai temperatūrai. Iegūtais šķīdums tika centrifugēts ar ātrumu 1500 apgr./min. Virsslātants saturēja bora kvantu punktus, kas tika viegli ekstrahēti. Visi eksperimenti tika veikti istabas temperatūrā. (sal. ar Hao et al., 2020)
Wang et al. pētījumā (2021) pētnieks sagatavo bora kvantu punktus, izmantojot arī ultraskaņas šķidrās fāzes pīlinga tehniku. Viņi ieguva monodispersētu bora kvantu punktu ar šauru izmēru sadalījumu, lielisku disperģējamību, augstu stabilitāti IPA šķīdumā un divu fotoattēlu fluorescenci.
TEM attēli un atbilstošais diametra sadalījums BQD, kas sagatavoti atšķirīgi ultraskaņas apstākļos. a) BQDs-2 TEM attēls, kas sintezēts ar ātrumu 400 W 2 stundas. b) BQDs-3 TEM attēls, kas sintezēts ar 550 W 1 stundu. c) BQDs-3 TEM attēls, kas sintezēts 400 W 4 stundas. d) no a) apakšpunkta iegūto kvantu punktu diametra sadalījums. e) no b) apakšpunkta iegūto kvantu punktu diametra sadalījums. f) Kvantu punktu diametra sadalījums iegūst no c) apakšpunkta.
Pētījums un attēls: ©Hao et al., 2020
Magnija diborīda nanoloksņu ultraskaņas pīlings
Pīlinga process tika veikts, apturot 450 mg magnija diborīda
(MgB2) pulveris (apm. 100 acs izmērs / 149 mikroni) 150 ml ūdens un pakļaujot to ultrasonication 30 minūtes. Ultraskaņas pīlingu var veikt ar zondes tipa ultrasonikatoru, piemēram, UP200Ht vai UP400St ar amplitūdu 30% un cikla režīmu 10sec ieslēgšanas/izslēgšanas impulsiem. Ultraskaņas pīlings rada tumši melnu suspensiju. Melno krāsu var attiecināt uz senatnīgā MgB2 pulvera krāsu.
Liela ātruma sekvence (no a līdz f) rāmjiem, kas ilustrē grafīta pārslas sonomehānisku lobīšanos ūdenī, izmantojot UP200S, 200W ultrasonikators ar 3mm sonotrode. Bultiņas parāda sadalīšanas (pīlinga) vietu ar KAVITĀCIJAS burbuļiem, kas iekļūst šķelšanās.
© Tyurnina et al. 2020
Jaudīgi ultrasonikatori Borofēna pīlingam jebkurā mērogā
Hielscher Ultrasonics projektē, ražo un izplata izturīgus un uzticamus ultrasonikatorus jebkurā izmērā. No kompaktām laboratorijas ultraskaņas ierīcēm līdz rūpnieciskām ultraskaņas zondām un reaktoriem, Hielscher ir ideāla ultraskaņas sistēma jūsu procesam. Ar ilgu pieredzi tādos lietojumos kā nanomateriālu sintēze un dispersija, mūsu labi apmācītais personāls ieteiks jums vispiemērotāko iestatījumu ypour prasībām. Hielscher rūpnieciskie ultraskaņas procesori ir pazīstami kā uzticami darba zirgi rūpnieciskās iekārtās. Hielscher ultraskaņas aparāti, kas spēj nodrošināt ļoti augstas amplitūdas, ir ideāli piemēroti augstas veiktspējas lietojumiem, piemēram, borofēna vai grafēna pīlingam, kā arī nanomateriālu dispersijām. Amplitūdas līdz 200 μm var viegli nepārtraukti palaist 24/7 darbības laikā. Vēl augstākām amplitūdām ir pieejami pielāgoti ultraskaņas sonotrodes.
Visas iekārtas ir projektētas un ražotas mūsu galvenajā galvenajā punktā Vācijā. Pirms piegādes klientam katra ultraskaņas ierīce tiek rūpīgi pārbaudīta ar pilnu slodzi. Mēs tiecamies pēc klientu apmierinātības, un mūsu produkcija ir strukturēta tā, lai tā atbilstu visaugstākajai kvalitātes nodrošināšanai (piemēram, ISO sertifikācijai).
- augsta efektivitāte
- Tehnoloģijas
- Uzticamība & Stabilitāti
- Partijas & Iekļautās
- jebkuram apjomam
- inteliģenta programmatūra
- viedās funkcijas (piemēram, datu protokolēšana)
- CIP (tīrs vietā)
Zemāk redzamā tabula sniedz norādes par mūsu ultraskaņas aparātu aptuveno apstrādes jaudu:
| partijas apjoms | Plūsmas ātrums | Ieteicamie ierīces |
|---|---|---|
| 1 līdz 500mL | 10 līdz 200 ml / min | UP100H |
| 10 līdz 2000mL | 20 līdz 400 ml / min | UP200Ht, UP400St |
| 0.1 līdz 20L | 0.2 līdz 4 l / min | UIP2000hdT |
| 10 līdz 100 l | 2 līdz 10 l / min | UIP4000hdT |
| nav | | 10 līdz 100 l / min | UIP16000 |
| nav | | lielāks | klasteris UIP16000 |
Sazinies ar mums! / Uzdot mums!
Hielscher Ultrasonics ražo augstas veiktspējas ultraskaņas homogenizatorus lietojumprogrammu sajaukšanai, dispersijai, emuulģēšanai un ekstrakcijai laboratorijā, pilotā un rūpnieciskajā mērogā.
Literatūra/atsauces
- 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.
Fakti ir vērts zināt
Borofēns
Borofēns ir bora kristālisks atomu monoslānis, t.i., tas ir bora divdimensiju alotrops (saukts arī par bora nanoloksni). Tās unikālās fizikālās un ķīmiskās īpašības pārvērš borofēnu par vērtīgu materiālu daudziem rūpnieciskiem lietojumiem.
Borofēna izcilās fizikālās un ķīmiskās īpašības ietver unikālas mehāniskās, termiskās, elektroniskās, optiskās un supravadiskās šķautnes.
Tas paver iespējas izmantot borofēnu izmantošanai sārmu metāla jonu baterijās, Li-S baterijās, ūdeņraža uzglabāšanai, superkondensatoram, skābekļa samazināšanai un evolūcijai, kā arī CO2 elektroredukcijas reakcijai. Īpaši liela interese ir par borofēnu kā anoda materiālu baterijām un kā ūdeņraža uzglabāšanas materiālu. Pateicoties augstajām teorētiskajām specifiskajām jaudām, elektroniskās vadītspējas un jonu transporta īpašībām, borofēns kvalificējas kā lielisks anoda materiāls baterijām. Pateicoties augstajai ūdeņraža adsorbcijas spējai borofēnam, tas piedāvā lielu ūdeņraža uzglabāšanas potenciālu ar stroāžas jaudu, kas pārsniedz 15% no tā svara.
Borofēns ūdeņraža uzglabāšanai
Divdimensiju (2D) bora materiāliem tiek pievērsta liela uzmanība kā H2 datu nesējiem, jo bora atomu masa ir zema un sārmu metālu dekorēšanas stabilitāte uz virsmas, kas uzlabo mijiedarbību ar H2. Divdimensiju borofēna nanoloksnes, kuras var viegli sintezēt, izmantojot ultraskaņas šķidruma fāzes lobīšanos, kā aprakstīts iepriekš, ir parādījušas labu afinitāti pret dažādiem metāla dekorēšanas atomiem, kuros var notikt metāla atomu klasteri. Izmantojot dažādus metāla rotājumus, piemēram, Li, Na, Ca un Ti uz dažādiem borofēna polimorfiem, ir iegūts iespaidīgs H2 gravimetriskais blīvums no 6 līdz 15 wt %, pārsniedzot ASV Enerģētikas departamenta (DOE) prasību par 6,5wt% H2 uzglabāšanu uz kuģa. (sal. ar Habibi et al., 2021)
Hielscher Ultrasonics ražo augstas veiktspējas ultraskaņas homogenizatorus no Laboratorija lai rūpnieciskais izmērs.