Prūsijas zilo nanokubu ultraskaņas mitrie nokrišņi
Prūsijas zilais jeb dzelzs heksacianoferāts ir nanostrukturēts metāla organiskais ietvars (MOF), ko izmanto nātrija jonu akumulatoru ražošanā, biomedicīnā, tintēs un elektronikā. Ultraskaņas mitrā ķīmiskā sintēze ir efektīvs, uzticams un ātrs ceļš, lai ražotu Prūsijas zilos nanokubus un Prūsijas zilos analogus, piemēram, vara heksacianoferātu un niķeļa heksacianoferātu. Ultrasoniski nogulsnētām Prūsijas zilajām nanodaļiņām raksturīgs šaurs daļiņu izmēra sadalījums, monodispersitāte un augsta funkcionalitāte.
Prūsijas zilā un heksacianoferāta analogi
Prūsijas zilie vai dzelzs heksacianoferāti tiek plaši izmantoti kā funkcionāls materiāls, lai izstrādātu elektroķīmiskos lietojumus un ražotu ķīmiskos sensorus, elektrohromiskos displejus, tintes un pārklājumus, baterijas (nātrija jonu baterijas), kondensatorus un superkondensatorus, katjonu uzglabāšanas materiālus, piemēram, H+ vai Cs+, katalizatorus, teranostiku un citus. Pateicoties labajai redoksaktivitātei un augstajai elektroķīmiskajai stabilitātei, Prūsijas zils ir metāla-organiskā ietvara (MOF) struktūra, ko plaši izmanto elektrodu modifikācijai.
Papildus dažādiem citiem lietojumiem Prūsijas zilais un tā analogi vara heksacianoferāts un niķeļa heksacianoferāts tiek izmantoti attiecīgi kā zilas, sarkanas un dzeltenas krāsas krāsas.
Prūsijas zilo nanodaļiņu milzīga priekšrocība ir to drošība. Prūsijas zilās nanodaļiņas ir pilnībā bioloģiski noārdāmas, bioloģiski saderīgas un FDA apstiprinātas medicīniskiem lietojumiem.
The ultrasonicator UIP2000hdT is a powerful sonochemical device for the synthesis and precipitation of nanoparticles
Prūsijas zilo nanokubu sonoķīmiskā sintēze
Prūsijas zilās / heksacianoferīta nanodaļiņu sintēze ir neviendabīgu mitru ķīmisko nokrišņu reakcija. Lai iegūtu nanodaļiņas ar šauru daļiņu izmēru sadalījumu un monodispersitāti, ir nepieciešams uzticams nokrišņu ceļš. Ultraskaņas nogulsnēšana ir labi pazīstama ar uzticamu, efektīvu un vienkāršu augstas kvalitātes nanodaļiņu un pigmentu, piemēram, magnetīta, cinka molibdāta, cinka fosfomolibdāta, dažādu kodola apvalka nanodaļiņu sintēzi utt.
Prūsijas zilo nanodaļiņu mitrās ķīmiskās sintēzes ceļi
Prūsijas zilo nanodaļiņu sintēzes sonoķīmiskais ceļš ir efektīvs, facile, ātrs un videi draudzīgs. Ultraskaņas nokrišņu daudzums augstas kvalitātes Prūsijas zilajos nanokubos, kam raksturīgs vienmērīgs mazs izmērs (aptuveni 5nm), šaura izmēra sadalījums un monodispersitāte.
Prūsijas zilās nanodaļiņas var sintezēt pa dažādiem nokrišņu ceļiem ar vai bez polimēru stabilizatoriem.
Izvairoties no stabilizējoša polimēra izmantošanas, Prūsijas zilās nanokubus var nogulsnēt, vienkārši ultrasoniski sajaucot FeCl3 un K3[Fe(CN)6] klātbūtnē H2O2.
Sonoķīmijas izmantošana šāda veida sintēzē palīdzēja iegūt mazākas nanodaļiņas (t.i., 5 nm izmērs, nevis izmērs ≈50 nm, kas iegūts bez ultraskaņas apstrādes). (Dacarro et al. 2018)
Ultraskaņas Prūsijas zilās sintēzes gadījumu izpēte
Parasti Prūsijas zilās nanodaļiņas tiek sintezētas, izmantojot ultrasonication metodi.
Šajā tehnikā 0,05 M K šķīdums4[Fe(CN)6] pievieno 100 ml sālsskābes šķīduma (0,1 mol/l). Iegūtais K4[Fe(CN)6] ūdens šķīdumu 5 stundas tur 40 °C temperatūrā, kamēr šķīdums apstrādā ar ultraskaņu, un pēc tam ļauj atdzist istabas temperatūrā. Iegūto zilo produktu atkārtoti filtrē un mazgā ar destilētu ūdeni un absolūto etanolu un visbeidzot žāvē vakuuma žāvēšanas skapī 25 °C temperatūrā 12 stundas.
Heksacianoferīta analogais vara heksacianoferīts (CuHCF) tika sintezēts šādā veidā:
CuHCF nanodaļiņas tika sintezētas saskaņā ar šādu vienādojumu:
Cu(NO3)3 + K4[Fe(CN)6] –> Cu4[Fe(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[Fe(CN)6] + 0,1 mol L-1 KCl šķīdums ar 10 ml 20 mmol l-1 CuCl2 + 0,1 mol L-1 KCl, ultraskaņas kolbā. Pēc tam maisījumu 60 minūtes apstaro ar augstas intensitātes ultraskaņas starojumu, izmantojot tiešu iegremdēšanas titāna ragu (20 kHz, 10Wcm-1), kas šķīdumā tika iemērkts līdz 1 cm dziļumam. Maisījuma laikā tiek novērota gaiši brūna nogulšņu parādīšanās. Šo dispersiju dializē 3 dienu laikā, lai iegūtu ļoti stabilu, gaiši brūnas krāsas dispersiju.
(sal. ar Jassal et al. 2015)
Prūsijas zilo nanokubu TEM mikrogrāfs, kas stabilizēts ar citrātu
pētījums un attēls: Dacarro et al. 2018
(2006) sintezēja Prūsijas zilās nanodaļiņas, izmantojot sonoķīmisko ceļu no K4[Fe(CN)6], kurā Fe2+ radās, sadaloties [FeII(CN)6]4− ar ultraskaņas apstarošanu sālsskābē; fe2+ tika oksidēts uz Fe3+ reaģēt ar atlikušo [FeII(CN)6]4− joni. Pētniecības grupa secināja, ka sintezēto Prūsijas zilo nanokubu vienmērīgu izmēru sadalījumu izraisa ultraskaņas iedarbība. FE-SEM attēlā kreisajā pusē redzami Vu pētniecības grupas sonoķīmiski sintezētie dzelzs heksacianoferāta nanokubi.
Large-scale synthesis: to prepare PB nanoparticles on a large-scale, PVP (250 g) and K3[Fe(CN)6] (19,8 g) tika pievienoti 2 000 ml HCl šķīduma (1 M). Šķīdums tika apstrādāts ar ultraskaņu, līdz tas ir dzidrs, un pēc tam ievietots krāsnī 80 ° C temperatūrā, lai panāktu novecošanās reakciju 20–24 stundas. Pēc tam maisījumu 2 stundas centrifugēja pie 20 000 apgr./min, lai savāktu PB nanodaļiņas. (Drošības piezīme: Lai izraidītu jebkuru izveidoto HCN, reakcija jāveic velkmes pārsegā).
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!
Ultraskaņas zondes un sonochemical reaktori Prūsijas zilajai sintēzei
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 sintēze – 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.
Augstākie kvalitātes standarti – Projektēts un ražots Vācijā
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.
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!
Augstas jaudas ultraskaņas homogenizatori no Lab līdz pilots un Rūpniecības mērogs.
Fakti, kurus ir vērts zināt
Kas ir prūšu zilais?
Prūsijas zilais ir ķīmiski pareizi saukts par dzelzs heksacianoferātu (dzelzs(II,III) heksaciānferāts(II,III)), bet sarunvalodā ist ir pazīstams arī kā Berlīnes zilais, dzelzs ferocianīds, dzelzs heksacianoferāts, dzelzs(III) ferocianīds, dzelzs(III) heksacianoferāts(II) un Parīzes zilais.
Prūsijas zils tiek raksturots kā dziļi zils pigments, kas rodas, kad notiek dzelzs ferocianīda sāļu oksidēšanās. Tas satur dzelzs heksacianoferātu(II) kubiskā režģa kristāla struktūrā. Tas nešķīst ūdenī, bet arī mēdz veidot koloīdu, tādējādi var pastāvēt vai nu koloidālā, vai ūdenī šķīstošā formā un nešķīstošā formā. To lieto perorāli klīniskiem nolūkiem, lai to izmantotu kā pretlīdzekli dažu veidu saindēšanās ar smagajiem metāliem, piemēram, talliju un cēzija radioaktīvajiem izotopiem.
Dzelzs heksacianoferāta (Prūsijas zilā) analogi ir vara heksacianoferāts, kobalta heksacianoferāts, cinka heksacianoferāts un niķeļa heksacianoferāts.
What are Metal-Organic Framework Structures?
Metālorganiskie ietvari (MOF) ir savienojumu klase, kas sastāv no metāla joniem vai klasteriem, kas koordinēti ar organiskajiem ligandiem, kas var veidot vienas, divu vai trīsdimensiju struktūras. Tie ir koordinācijas polimēru apakšklase. Koordinācijas polimērus veido metāli, kurus saista ligandi (tā sauktās linkeru molekulas), lai veidotos atkārtoti koordinācijas motīvi. To galvenās iezīmes ir kristāliskums un bieži porains.
Lasiet vairāk par metāla-organiskā ietvara (MOF) struktūru ultraskaņas sintēzi!
nātrija jonu baterijas
Nātrija jonu akumulators (NIB) ir uzlādējama akumulatora tips. Atšķirībā no litija jonu akumulatora, nātrija jonu akumulators kā uzlādes nesējus izmanto nātrija jonus (Na+), nevis litiju. Pretējā gadījumā sastāvs, darbības princips un šūnu konstrukcija ir lielā mērā identiska parasto un plaši izmantoto litija jonu bateriju sastāvam. Galvenā atšķirība starp šiem abiem akumulatoru veidiem ir tā, ka litija jonu kondensatoros tiek izmantoti litija savienojumi, savukārt Na-ion akumulatoros tiek izmantoti nātrija metāli. Tas nozīmē, ka nātrija jonu akumulatora katods satur nātrija vai nātrija kompozītus un anodu (ne vienmēr nātrija bāzes materiālu), kā arī šķidru elektrolītu, kas satur disociētus nātrija sāļus polāros protiķiskos vai aprotiskos šķīdinātājos. Uzlādes laikā Na+ tiek ekstrahēts no katoda un ievietots anodā, kamēr elektroni pārvietojas pa ārējo ķēdi; izlādes laikā notiek pretējs process, kad Na+ tiek ekstrahēts no anoda un atkārtoti ievietots katodā, elektroniem, kas pārvietojas caur ārējo ķēdi, veicot noderīgu darbu. Ideālā gadījumā anoda un katoda materiāliem būtu jāspēj izturēt atkārtotus nātrija uzglabāšanas ciklus bez degradācijas, lai nodrošinātu ilgu dzīves ciklu.
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.
Literatūra / Atsauces
- 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.