Sinteza borofenului cu ultrasunete la scară industrială

Borofenul, un derivat nanostructurat bidimensional al borului, poate fi sintetizat eficient printr-o exfoliere cu ultrasunete facilă și ieftină. Exfolierea în fază lichidă cu ultrasunete poate fi utilizată pentru a produce cantități mari de nanosheets borophene de înaltă calitate. Tehnica de exfoliere cu ultrasunete este utilizată pe scară largă pentru a produce nanomateriale 2D (de exemplu, grafen) și este bine cunoscută pentru avantajele sale de nanosheets de înaltă calitate, randamente ridicate, funcționare rapidă și facile, precum și eficiența generală.

Metoda de exfoliere cu ultrasunete pentru prepararea borophene

Ultrasonicators de tip sondă sunt metoda preferată pentru exfolierea eficientă a borophene.Exfolierea în fază lichidă condusă ultrasonically este utilizată pe scară largă pentru a pregăti nanosheets 2D de la diferiți precursori în vrac, inclusiv grafit (grafen), bor (borofen), printre altele. În comparație cu tehnica de exfoliere chimică, exfolierea în fază lichidă asistată ultrasonically este considerată ca fiind strategia mai promițătoare pentru a pregăti nanostructuri 0D și 2D, cum ar fi punctele cuantice ale borului (BQDs) și borofenul. (cf. Wang et al., 2021)
Schema din stânga arată procesul de exfoliere lichid cu ultrasunete la temperatură scăzută a foilor de borofen 2D cu câteva straturi. (Studiu și imagine: ©Lin et al., 2021.)

Cerere de informatie





Reactor cu ultrasunete pentru exfolierea borofenului la scară largă. Reactorul din oțel inoxidabil este echipat cu un ultrasonicator industrial puternic de 2000 wați (20kHz).

Reactor sonochimic echipat cu un 2000 wați procesor cu ultrasunete industriale UIP2000hdT pentru exfolierea borofenului la scară largă.

Studii de caz de exfoliere cu ultrasunete borophene

Exfolierea și delaminarea cu ajutorul ultrasunetelor de putere într-un proces de fază lichidă a fost studiată pe scară largă și aplicată cu succes borophene și altor derivați ai borului, cum ar fi punctele cuantice ale borului, nitrura de bor sau diborura de magneziu.

α-Borofen

În studiul efectuat de Göktuna și Tașaltın (2021), α borofen a fost preparat printr-o exfoliere cu ultrasunete facile și low-cost. Nanosheets borophene sintetizate ultrasonically prezintă o structură cristalină α borofen.
Protocol: 100 mg microparticule de bor au fost sonicate în 100 ml DMF la 200 W (de exemplu, folosind UP200St cu S26d14) timp de 4h într-un azot (N2) cabină controlată cu flux pentru a preveni oxidarea în timpul procesului de exfoliere în fază lichidă cu ultrasunete. Soluția particulelor exfoliate de bor a fost centrifugată cu 5000 rpm și respectiv 12.000 rpm timp de 15 minute, apoi borofan colectat cu grijă și uscat într-un ambient în vid timp de 4h la 50 ° C. (cf. Göktuna și Tașaltın, 2021)

Etapele procesului de exfoliere borophene folosind tehnica de delaminare cu ultrasunete

Ilustrare schematică a borofenului cu câteva straturi exfoliate de procesul de tratament solvotermal asistat cu ultrasunete sonda.
Studiu și imagine: ©Zhang et al., 2020

Borofen cu câteva straturi

Zhang et al. (2020) raportează o tehnică de exfoliere în fază lichidă solvotermală acetonă, care permite producerea de borofen de înaltă calitate cu dimensiuni orizontale mari. Folosind efectul de umflare a acetonei, precursorul pudrei de bor a fost umezit mai întâi în acetonă. Apoi, precursorul borului umezit a fost tratat în continuare solvotermic în acetonă la 200 ° C, urmat de sonicare cu un sonicator de tip sondă la 225 W timp de 4h. Borofenul cu câteva straturi de bor și o dimensiune orizontală de până la 5,05 mm a fost obținut în cele din urmă. Tehnica de exfoliere în fază lichidă asistată de acetonă solvotermală poate fi utilizată pentru a pregăti nanosheets de bor cu dimensiuni orizontale mari și de înaltă calitate. (cf. Zhang et al., 2020)
Când modelul XRD al borofenului exfoliat ultrasonically este comparat cu precursorul borului în vrac, se poate observa un model XRD similar. Majoritatea vârfurilor majore de difracție pot fi indexate la borul b-rhombohedral, sugerând că structura cristalină este aproape conservată înainte și după tratamentul de exfoliere.

Borofen exfoliat ultrasonically

Imagini SEM cu rezoluție scăzută (a) și rezoluție înaltă (b) de borofen cu câteva straturi obținute prin exfolierea solvotermală asistată ultrasonically în acetonă
Studiu și imagine: ©Zhang et al., 2020

Procesul de exfoliere cu ultrasunete a borophene păstrează structura sa cristalină.

Modele XRD (a) și spectre Raman (b) de bor vrac netratat și borofen cu câteva straturi obținute prin sonda cu ultrasunete asistată exfoliere solvotermală.
Studiu și imagine: ©Zhang et al., 2020

Sinteza sonochimică a bor quantum dots

Hao et al. (2020) a pregătit cu succes puncte cuantice de bor semiconductoare cristaline la scară largă și uniformă (BQD) din pulbere de bor expandat în acetonitril, un solvent organic foarte polar, folosind un ultrasonicator puternic de tip sondă (de exemplu, UP400St. UIP500hdT sau UIP1000hdT). Punctele cuantice sintetizate ale borului cu 2,46 ±0,4 nm în dimensiune laterală și 2,81 ±0,5 nm în grosime.
Protocol: Într-un preparat tipic de puncte cuantice de bor, 30 mg de pulbere de bor a fost adăugat mai întâi într-un balon cu trei gâturi și apoi 15 ml de acetonitril a fost adăugat în sticlă înainte de procesul de ultrasonication. Exfolierea a fost efectuată la o putere de ieșire de 400 W (de exemplu, folosind UIP500hdT), frecvența 20kHz și timpul ultrasonic de 60 min. Pentru a evita supraîncălzirea soluției în timpul ultrasonication, răcirea folosind o baie de gheață sau chiller de laborator a fost aplicat pentru o temperatură constantă. Soluția rezultată a fost centrifugată la 1500 rpm timp de 60 min. Supernatantul conținea puncte cuantice de bor a fost extras ușor. Toate experimentele au fost efectuate la temperatura camerei. (cf. Hao et al., 2020)
În studiul lui Wang et al. (2021), cercetătorul pregătește puncte cuantice de bor folosind tehnica de exfoliere în fază lichidă cu ultrasunete, de asemenea. Ei au obținut punct cuantic monodispersed bor cu o distribuție de dimensiuni înguste, dispersibilitate excelentă, stabilitate ridicată în soluția IPA și fluorescență cu două fotografii.

Puncte cuantice de bor sintetizate ultrasonically.

ImaginiLE TEM și distribuția corespunzătoare a diametrului BQDs preparate în condiții cu ultrasunete diferite. (a) Imaginea TEM a BQDs-2 sintetizată la 400 W timp de 2 h. (b) Imaginea TEM a BQDs-3 sintetizată la 550 W timp de 1 h. (c) Imaginea TEM a BQD-3 sintetizată la 400 W timp de 4 h. (d) Distribuția diametrului punctelor cuantice dobândite de la litera (a). (e) Distribuția diametrului punctelor cuantice obținute de la litera (b). (f) Distribuția diametrului punctelor cuantice dobândește de la litera (c).
Studiu și imagine: ©Hao et al., 2020

Exfolierea cu ultrasunete a nanosheets diboride de magneziu

Procesul de exfoliere a fost efectuat prin suspendarea a 450mg de diboridă de magneziu
(MgB2) pulbere (aproximativ 100 dimensiunea ochiurilor / 149 microni) în 150 ml de apă și expunerea la ultrasonication timp de 30 de minute. Exfolierea cu ultrasunete poate fi efectuată cu un ultrasonicator de tip sondă, cum ar fi Uf200 ः t sau UP400St cu o amplitudine de 30% și modul de ciclu de 10sec on/off impulsuri. Exfolierea cu ultrasunete duce la o suspensie neagră închisă. Culoarea neagră poate fi atribuită culorii pulberii curate MgB2.

Videoclipul arată dispersia extrem de eficientă a negrului de fum. Procesorul cu ultrasunete utilizat este un ultrasonicator Hielscher UP200St, care este ideal pentru a pregăti loturi mici și medii de dispersii de înaltă calitate. Pentru volume mari, Hielscher Ultrasonics furnizează sisteme cu ultrasunete industriale pentru dispersarea continuă inline.

Ultrasonicator UP200St (200W) dispersarea negru de carbon în apă folosind 1%wt Tween80 ca agent tensioactiv

Cerere de informatie





Exfolierea grafenului cu ultrasunete în apă

O secvență de mare viteză (de la a la f) de cadre care ilustrează exfolierea sono-mecanică a unui fulg de grafit în apă folosind UP200S, un ultrasonicator de 200W cu sonotrode de 3mm. Săgețile arată locul de despicării (exfolierii) cu bule de cavitație care penetrează ruptura.
© Tyurnina et al. 2020

Ultrasonicators puternic pentru exfolierea borophene la orice scară

Hielscher ultrasonicators pot fi controlate de la distanță prin intermediul controlului browser-ului. Parametrii sonicare pot fi monitorizați și ajustați cu precizie la cerințele procesului.Hielscher Ultrasonics proiectează, produce și distribuie ultrasonicators robuste și fiabile la orice dimensiune. De la dispozitive compacte cu ultrasunete de laborator la sonde cu ultrasunete industriale și reactoare, Hielscher are sistemul cu ultrasunete ideal pentru procesul dvs. Cu o experiență îndelungată în aplicații precum sinteza și dispersia nanomaterialelor, personalul nostru bine instruit vă va recomanda cea mai potrivită configurație pentru cerințele an. Hielscher procesoare industriale cu ultrasunete sunt cunoscute ca cai de lucru fiabile în instalații industriale. Capabile să livreze amplitudini foarte mari, ultrasonicators Hielscher sunt ideale pentru aplicații de înaltă performanță, cum ar fi borofen sau exfoliere grafen, precum și dispersii nanomateriale. Amplitudinile de până la 200 μm pot fi rulate cu ușurință continuu în funcționare 24/7. Pentru amplitudini chiar mai mari, sonotrodes cu ultrasunete personalizate sunt disponibile.
Toate echipamentele sunt proiectate și fabricate în sediul nostru din Germania. Înainte de livrarea către client, fiecare dispozitiv cu ultrasunete este testat cu atenție sub sarcină completă. Ne străduim pentru satisfacția clienților, iar producția noastră este structurată pentru a îndeplini cea mai înaltă asigurare a calității (de exemplu, certificare ISO).

De ce Hielscher Ultrasonics?

  • Eficiență ridicată
  • Tehnologie de ultimă generație
  • fiabilitate & robusteţe
  • lot & in linie
  • pentru orice volum
  • software inteligent
  • caracteristici inteligente (de exemplu, protocolarea datelor)
  • CIP (curat pe loc)

Tabelul de mai jos vă oferă o indicație a capacității de procesare aproximativă a ultrasonicators noastre:

volum lot Debit Aparate recomandate
1 la 500mL 10 până la 200 ml / min UP100H
10 la 2000ml 20 până la 400ml / min Uf200 ः t. UP400St
0.1 la 20L 0.2 4L / min UIP2000hdT
10 100L 2 până la 10L / min UIP4000hdT
N / A. 10 la 100L / min UIP16000
N / A. mai mare grup de UIP16000

Contacteaza-ne! / Intreaba-ne!

Cere mai multe informații

Vă rugăm să folosiți formularul de mai jos pentru a solicita informații suplimentare despre procesoare cu ultrasunete, aplicații și preț. Vom fi bucuroși să discutăm procesul cu tine și să vă oferim un sistem cu ultrasunete care îndeplinește cerințele dumneavoastră!









Vă rugăm să rețineți Politica de confidentialitate.


Omogenizatoare cu ultrasunete de înaltă forfecare sunt utilizate în laborator, banc-top, pilot și prelucrare industrială.

Hielscher Ultrasonics produce omogenizatoare cu ultrasunete de înaltă performanță pentru amestecarea aplicațiilor, dispersie, emulsificare și extracție pe scară de laborator, pilot și industrial.



Literatură / Referințe

Ce trebuie să știți

Borofen

Borofenul este un monostrat atomic cristalin al borului, adică este un alocotrop bidimensional al borului (numit și nanosheet bor). Caracteristicile sale fizice și chimice unice transformă borofenul într-un material valoros pentru numeroase aplicații industriale.
Proprietățile fizice și chimice excepționale ale Borophene includ fațete mecanice, termice, electronice, optice și supraconductoare unice.
Acest lucru deschide posibilități de utilizare a borofenului pentru aplicații în baterii cu ioni metalici alcalini, baterii Li-S, stocare hidrogen, supercapacitor, reducerea și evoluția oxigenului, precum și reacția de electroreducție a CO2. Un interes deosebit de mare merge în borofen ca material anod pentru baterii și ca material de stocare a hidrogenului. Datorită capacităților specifice teoretice ridicate, conductivității electronice și proprietăților de transport al ionilor, borofenul se califică drept material anod excelent pentru baterii. Datorită capacității ridicate de adsorbție a hidrogenului la borofen, acesta oferă un mare potențial de stocare a hidrogenului – cu o capacitate de stroaj de peste 15% din greutatea sa.

Borofen pentru stocarea hidrogenului

Materialele bidimensionale (2D) pe bază de bor primesc multă atenție ca medii de stocare H2 datorită masei atomice scăzute a borului și stabilității decorării metalelor alcaline la suprafață, care sporesc interacțiunile cu H2. Nanosheets bidimensionale borophene, care pot fi ușor sintetizate folosind exfolierea cu ultrasunete în fază lichidă așa cum este descrisă mai sus, au arătat o bună afinitate pentru diferiți atomi de metal-decorare, în care poate apărea gruparea atomilor de metal. Folosind o varietate de decorațiuni metalice, cum ar fi Li, Na, Ca și Ti pe diferite polimorfe de borofen, s-au obținut densități gravimetrice impresionante H2 variind de la 6 la 15 wt %, depășind cerința departamentului de energie din SUA (DOE) pentru depozitarea la bord a6,5wt% H2. (cf. Habibi et al., 2021)


Ultrasunete de înaltă performanță! Gama de produse Hielscher acoperă întregul spectru de la ultrasonicator de laborator compact peste unități de banc-top la sisteme cu ultrasunete complet industriale.

Hielscher Ultrasonics produce omogenizatoare cu ultrasunete de înaltă performanță de la laborator la dimensiunea industrială.