Ultraskaņas borofēna sintēze rūpnieciskā mērogā
Borofēnu, divdimensiju nanostrukturētu bora atvasinājumu, var efektīvi sintezēt, izmantojot facile un zemu izmaksu ultraskaņas pīlingu. Ultraskaņas šķidrās fāzes pīlingu var izmantot, lai ražotu lielu daudzumu augstas kvalitātes borofēna nanosheets. Ultraskaņas pīlinga tehnika tiek plaši izmantota, lai ražotu 2D nanomateriālus (piemēram, grafēnu), un tā ir labi pazīstama ar savām priekšrocībām - augstas kvalitātes nanosheets, 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 nanolapas no dažādiem beztaras prekursoriem, tostarp grafīta (grafēna), bora (borofēna) cita starpā. Salīdzinot ar ķīmiskās pīlinga tehniku, ultrasoniski atbalstītā šķidrās fāzes pīlings tiek uzskatīts par daudzsološāku stratēģiju, lai sagatavotu 0D un 2D nanostruktūras, piemēram, bora kvantu punktus (BQD) un borofēnu. (sal.: Wang et al., 2021)
Kreisā shēma parāda ultraskaņas zemas temperatūras šķidruma pīlinga procesu 2D dažu slāņu borofēna loksnēm. (Pētījums un attēls: ©Lin et al., 2021.)
Sonochemical reaktors aprīkots ar 2000 vati rūpnieciskais ultraskaņas procesors UIP2000hdT liela mēroga borofēna pīlingam.
Ultraskaņas borofēna pīlinga gadījumu izpēte
Pīlings un delaminācija, izmantojot jaudas ultraskaņu šķidrās fāzes procesā, ir plaši pētīta un veiksmīgi piemērota borofēnam un citiem bora atvasinājumiem, piemēram, bora kvantu punktiem, bora nitrīdam vai magnija diborīdam.
α-Borofēns
Pētījumā, ko veica Göktuna un Taşaltın (2021), α borofēns tika sagatavots, izmantojot facile un zemu izmaksu ultraskaņas pīlingu. Ultrasoniski sintezētajām borofēna nanolapām piemīt α borofēna kristāliskā struktūra.
Protokols: 100 mg bora mikrodaļiņas tika apstrādātas ar ultraskaņu 100 ml DMF pie 200 W (piemēram, izmantojot UP200St ar S26d14) 4h slāpeklī (N2) plūsmas kontrolēta kabīne, lai novērstu oksidēšanos ultraskaņas šķidrās fāzes pīlinga procesa laikā. Lobīto bora daļiņu šķīdumu centrifugēja ar attiecīgi 5000 apgr./min un 12 000 apgr./min 15 minūtes, pēc tam borofēnu rūpīgi savāca un žāvēja vakuuma vidē 4 stundas 50 ° C temperatūrā. (sal. ar Göktuna un Taşaltın, 2021)
Shematisks borofēna attēls ar dažiem slāņiem, ko loba zondes ultraskaņas atbalstītais solvotermiskās apstrādes process.
Pētījums un attēls: ©Zhang et al., 2020
Dažu slāņu borofēns
(2020) ziņo par acetona solvotermiskās šķidrās fāzes pīlinga tehniku, kas ļauj ražot augstas kvalitātes borofēnu ar lielu horizontālu izmēru. Izmantojot acetona pietūkuma efektu, bora pulvera prekursors vispirms tika samitrināts acetonā. Pēc tam samitrinātu bora prekursoru vēl vairāk solvothermāli apstrādāja acetonā 200 ° C temperatūrā, kam sekoja ultraskaņas apstrāde ar zondes tipa ultraskaņu 225 W 4 stundas. Beidzot tika iegūts borofēns ar dažiem bora slāņiem un horizontālu izmēru līdz 5, 05 mm. Acetona solvothermal atbalstīto šķidrās fāzes pīlinga tehniku var izmantot, lai sagatavotu bora nanolapas ar lieliem horizontāliem izmēriem un augstu kvalitāti. (sal.: Zhang et al., 2020)
Kad ultrasoniski pīlinga borofēna XRD modelis tiek salīdzināts ar beztaras bora prekursoru, var novērot līdzīgu XRD modeli. Lielāko daļu galveno difrakcijas pīķu var indeksēt ar b-rombohedra boru, kas liecina, ka kristāliskā struktūra ir gandrīz saglabāta pirms un pēc pīlinga apstrādes.
SEM attēli ar zemu izšķirtspēju (a) un augstu izšķirtspēju (b) borofēna ar dažiem slāņiem, kas iegūti ar ultrasoniski atbalstītu solvotermisku pīlingu acetonā
Pētījums un attēls: ©Zhang et al., 2020
XRD modeļi (a) un Ramana spektri (b) no neapstrādāta bora un borofēna ar dažiem slāņiem, kas iegūti ar zondes ultraskaņas palīdzību solvotermiskā pīlingā.
Pētījums un attēls: ©Zhang et al., 2020
Bora kvantu punktu sonoķīmiskā sintēze
(2020) veiksmīgi sagatavoja liela mēroga un vienveidīgus kristāliskus pusvadītāju bora kvantu punktus (BQD) no paplašināta bora pulvera acetonitrilā, ļoti polārā organiskā šķīdinātājā, 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 preparātā trīs kaklu kolbā vispirms tika pievienoti 30 mg bora pulvera un pēc tam pirms ultrasonikācijas procesa pudelē tika pievienots 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 ultrasonikācijas laikā, nemainīgai temperatūrai tika izmantota dzesēšana, izmantojot ledus vannu vai laboratorijas dzesētāju. Iegūto šķīdumu centrifugēja pie 1500 apgriezieniem minūtē 60 minūtes. Centrifugāts, kas saturēja bora kvantu punktus, tika viegli ekstrahēts. Visi eksperimenti tika veikti istabas temperatūrā. (sal.: Hao et al., 2020)
(2021) pētījumā pētnieks sagatavo bora kvantu punktus, izmantojot arī ultraskaņas šķidrās fāzes pīlinga tehniku. Viņi ieguva monodispersu bora kvantu punktu ar šauru izmēru sadalījumu, lielisku disperģējamību, augstu stabilitāti IPA šķīdumā un divu foto fluorescenci.
TEM attēli un atbilstošais BQD diametra sadalījums, kas sagatavots atšķirīgi ultraskaņas apstākļos. a) BQD-2 TEM attēls, kas sintezēts 400 W temperatūrā 2 stundas. b) BQDs-3 TEM attēls, kas sintezēts 550 W temperatūrā 1 h. c) BQDs-3 TEM attēls, kas sintezēts 400 W temperatūrā 4 h. d) No (a) iegūto kvantu punktu diametra sadalījums. e) No b) punkta iegūto kvantu punktu diametra sadalījums. f) No c) iegūto kvantu punktu diametra sadalījums.
Pētījums un attēls: ©Hao et al., 2020
Magnija diborīda nanolapu ultraskaņas pīlings
Pīlinga process tika veikts, suspendējot 450mg magnija diborīda
(MgB2) pulveris (aptuveni 100 acu izmērs / 149 mikroni) 150 ml ūdens un pakļaujot to ultrasonikācijai 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.
Ātrdarbīga kadru secība (no a līdz f), kas ilustrē grafīta pārslas sono-mehānisko lobīšanos ūdenī, izmantojot UP200S, 200W ultrasonikators ar 3mm sonotrode. Bultiņas parāda sadalīšanas (pīlinga) vietu ar kavitācijas burbuļiem, kas iekļūst sadalījumā.
© Tyurnina et al. 2020
Spēcīgi 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 zondēm un reaktoriem, Hielscher ir ideāla ultraskaņas sistēma jūsu procesam. Ar ilggadēju pieredzi tādos pielietojumos kā nanomateriālu sintēze un dispersija, mūsu labi apmācītie darbinieki ieteiks jums vispiemērotāko iestatījumu ypour prasībām. Hielscher rūpnieciskie ultraskaņas procesori ir pazīstami kā uzticami darba zirgi rūpnieciskās iekārtās. Spēj nodrošināt ļoti augstas amplitūdas, Hielscher ultrasonikatori ir ideāli piemēroti augstas veiktspējas lietojumiem, piemēram, borofēna vai grafēna pīlingam, kā arī nanomateriālu dispersijām. Amplitūdas līdz 200 μm var viegli nepārtraukti darbināt 24/7 darbībā. Vēl augstākām amplitūdām ir pieejami pielāgoti ultraskaņas sonotrodes.
Visas iekārtas ir projektētas un ražotas mūsu galvenajā mītnē Vācijā. Pirms piegādes klientam katra ultraskaņas ierīce tiek rūpīgi pārbaudīta ar pilnu slodzi. Mēs tiecamies uz klientu apmierinātību, un mūsu produkcija ir strukturēta tā, lai izpildītu visaugstāko kvalitātes nodrošināšanu (piemēram, ISO sertifikāciju).
- augsta efektivitāte
- vismodernākās tehnoloģijas
- uzticamība & Stabilitāti
- Partijas & Iekļautās
- jebkuram sējumam
- inteliģenta programmatūra
- viedās funkcijas (piemēram, datu protokolēšana)
- CIP (tīrā vietā)
Zemāk redzamajā tabulā ir sniegta norāde par mūsu ultrasonikatoru aptuveno apstrādes jaudu:
| Partijas apjoms | Plūsmas ātrums | Ieteicamās ierīces |
|---|---|---|
| 1 līdz 500 ml | 10 līdz 200 ml/min | UP100H |
| 10 līdz 2000 ml | 20 līdz 400 ml/min | UP200Ht, UP400St |
| 0.1 līdz 20L | 02 līdz 4 l/min | UIP2000hdT |
| 10 līdz 100L | 2 līdz 10L/min | UIP4000hdT |
| n.p. | 10 līdz 100L/min | UIP16000 |
| n.p. | Lielāku | kopa UIP16000 |
Sazinieties ar mums! / Jautājiet mums!
Hielscher Ultrasonics ražo augstas veiktspējas ultraskaņas homogenizatorus sajaukšanas lietojumiem, dispersijai, emulgācijai un ekstrakcijai laboratorijā, izmēģinājuma un rūpnieciskā 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, kurus ir vērts zināt
Borofēns
Borofēns ir bora kristālisks atomu monoslānis, t.i., tas ir bora divdimensiju alotrops (saukts arī par bora nanolapu). Tās unikālās fizikālās un ķīmiskās īpašības pārvērš borofēnu par vērtīgu materiālu daudziem rūpnieciskiem lietojumiem.
Borophene izcilās fizikālās un ķīmiskās īpašības ietver unikālas mehāniskās, termiskās, elektroniskās, optiskās un supravadošās šķautnes.
Tas paver iespējas izmantot borofēnu lietojumiem sārmu metālu jonu akumulatoros, Li-S akumulatoros, ūdeņraža uzglabāšanā, superkondensatorā, skābekļa samazināšanā un evolūcijā, kā arī CO2 elektroredukcijas reakcijā. Īpaši liela interese ir par borofēnu kā anoda materiālu baterijām un kā ūdeņraža uzglabāšanas materiālu. Pateicoties augstajām teorētiskajām specifiskajām jaudām, elektroniskajai vadītspējai un jonu transportēšanas īpašībām, borofēns kvalificējas kā lielisks anoda materiāls baterijām. Pateicoties ūdeņraža augstajai adsorbcijas spējai uz borofēnu, tas piedāvā lielu ūdeņraža uzglabāšanas potenciālu – ar stroāžas jaudu, kas pārsniedz 15% no tā svara.
Borofēns ūdeņraža uzglabāšanai
Divdimensiju (2D) bora bāzes materiāliem tiek pievērsta liela uzmanība kā H2 datu nesējiem, pateicoties bora zemajai atomu masai un sārmu metālu dekorācijas stabilitātei uz virsmas, kas uzlabo mijiedarbību ar H2. Divdimensiju borofēna nanolapas, kuras var viegli sintezēt, izmantojot ultraskaņas šķidrās fāzes pīlingu, kā aprakstīts iepriekš, ir parādījušas labu afinitāti dažādiem metāla dekorēšanas atomiem, kuros var notikt metāla atomu klasterizācija. Izmantojot dažādus metāla rotājumus, piemēram, Li, Na, Ca un Ti uz dažādiem borofēna polimorfiem, ir iegūti iespaidīgi H2 gravimetriskie blīvumi, kas svārstās no 6 līdz 15 masas, pārsniedzot ASV Enerģētikas departamenta (DOE) prasību par uzglabāšanu uz borta6,5 masas% H2. (sk. Habibi et al., 2021)
Hielscher Ultrasonics ražo augstas veiktspējas ultraskaņas homogenizatorus no Lab līdz rūpnieciskais izmērs.