Precipitarea umedă cu ultrasunete a nanocuburilor albastre prusace
Albastru prusac sau hexacianoferat de fier este un cadru organic metalic nanostructurat (MOF), care este utilizat în fabricarea bateriilor cu ioni de sodiu, biomedicină, cerneluri și electronică. Sinteza chimică umedă cu ultrasunete este o cale eficientă, fiabilă și rapidă pentru a produce nanocuburi albastre prusace și analogi albastru prusac, ar fi hexacianoferat de cupru și hexacianoferat de nichel. Ultrasonically precipitate prusac albastru nanoparticule sunt caracterizate prin distribuție îngustă dimensiunea particulelor, mono-dispersie și funcționalitate ridicată.
Analogi de albastru prusac și hexacianoferat
Hexacianoferații de albastru prusac sau fier sunt utilizați pe scară largă ca material funcțional pentru proiectarea aplicațiilor electrochimice și pentru fabricarea senzorilor chimici, afișajelor electrocromice, cernelurilor și acoperirilor, bateriilor (baterii sodiu-ion), condensatorilor și supercondensatorilor, materialelor de stocare a cationilor, cum ar fi pentru H + sau Cs +, catalizatori, teranostici și altele. Datorită activității sale redox bune și stabilității electrochimice ridicate, albastrul de Prusia este o structură cadru metal-organic (MOF) care este utilizată pe scară largă pentru modificarea electrodului.
Pe lângă diverse alte aplicații, albastrul prusac și analogii săi hexacianoferat de cupru și hexacianoferat de nichel sunt utilizați ca cerneluri color de culoare albastră, roșie și, respectiv, galbenă.
Un avantaj imens al nanoparticulelor albastre prusace este siguranța lor. Nanoparticulele albastre prusace sunt complet biodegradabile, biocompatibile și aprobate de FDA pentru aplicații medicale.
Ultrasonicator UIP2000hdT este un dispozitiv sonochemic puternic pentru sinteza și precipitarea nanoparticulelor
Sinteza sonochimică a nanocuburilor albastre prusace
Sinteza nanoparticulelor albastre prusace / hexacianoferite este reacția precipitațiilor eterogene umede-chimice. Pentru a obține nanoparticule cu o distribuție îngustă a dimensiunii particulelor și monodispersie, este necesară o cale fiabilă de precipitare. Precicipitarea cu ultrasunete este bine cunoscută pentru sinteza fiabilă, eficientă și simplă a nanoparticulelor și pigmenților de înaltă calitate, ar fi magnetita, molibdatul de zinc, fosfomolibdatul de zinc, diverse nanoparticule de miez-coajă etc.
Căi de sinteză chimico-umedă pentru nanoparticule albastre prusace
Calea sonochimică a sintezei nanoparticulelor albastre prusace este eficientă, facilă, rapidă și ecologică. Precipitații cu ultrasunete produce în nanocuburi albastre prusace de înaltă calitate, care se caracterizează prin dimensiuni mici uniforme (aproximativ 5nm), distribuție îngustă a dimensiunilor și monodispersie.
Nanoparticulele albastre prusace pot fi sintetizate prin diferite căi de precipitare cu sau fără stabilizatori polimerici.
Evitând utilizarea unui polimer stabilizator, nanocuburile albastre prusace pot fi precipitate pur și simplu prin amestecarea ultrasonically FeCl3 și K3[Fe(NC)6] în prezența lui H2O2.
Utilizarea sonochimiei în acest tip de sinteză a ajutat la obținerea nanoparticulelor mai mici (adică 5 nm în loc de o dimensiune de ≈50 nm obținută fără sonicare). (Dacarro și colab. 2018)
Studii de caz de sinteza cu ultrasunete albastru prusac
În general, nanoparticulele albastre prusace sunt sintetizate prin utilizarea metodei ultrasonication.
În această tehnică, soluție 0,05 M de K4[Fe(NC)6] se adaugă la 100 ml soluție de acid clorhidric de (0,1 mol/l). K rezultat4[Fe(NC)6] soluție apoasă se menține la 40 ° C timp de 5 ore în timp ce sonicarea soluției și apoi se lasă să se răcească la temperatura camerei. Produsul albastru obținut este filtrat și spălat în mod repetat cu apă distilată și etanol absolut și în cele din urmă uscat într-un cuptor vidat la 25 ° C timp de 12 ore.
Hexacianoferitul analogic de cupru hexacianoferit (CuHCF) a fost sintetizat pe următoarea cale:
Nanoparticulele CuHCF au fost sintetizate conform următoarei ecuații:
Cu(NU3)3 + K4[Fe(NC)6] –> Cu4[Fe(NC)6] + KN03
Nanoparticulele CuHCF sunt sintetizate prin metoda dezvoltată de Bioni et al., 2007. Amestecul de 10 ml de 20 mmol L-1 K3[Fe(NC)6] + 0,1 mol L-1 Soluție KCl cu 10 ml de 20 mmol L-1 CuCl2 + 0,1 mol L-1 KCl, într-un balon sonicare. Amestecul este apoi iradiat cu radiații ultrasunete de înaltă intensitate timp de 60 de minute, folosind un corn de titan cu imersie directă (20 kHz, 10Wcm-1) care a fost scufundat până la o adâncime de 1 cm în soluție. În timpul amestecului, se observă apariția unui depozit maro deschis. Această dispersie este dializată timp de 3 zile pentru a obține o dispersie foarte stabilă, de culoare maro deschis.
(cf. Jassal et al. 2015)
Micrografie TEM a nanocuburilor albastre prusace stabilizate cu citrat
studiu și imagine: Dacarro et al. 2018
Wu et al. (2006) au sintetizat nanoparticule albastre prusace pe cale sonochimică din K4[Fe(NC)6], în care Fe2+ a fost produs prin descompunerea [FeII(CN)6]4− prin iradiere cu ultrasunete în acid clorhidric; Fe2+ a fost oxidat la Fe3+ să reacționeze cu restul [FeII(NC)6]4− ioni. Grupul de cercetare a concluzionat că distribuția uniformă a mărimii nanocuburilor albastre prusace sintetizate este cauzată de efectele ultrasonication. Imaginea FE-SEM din stânga arată nanocuburi hexacianoferat de fier sintetizate sonochimic de către grupul de cercetare Wu.
Sinteză la scară largă: pentru a prepara nanoparticule de PB pe scară largă, PVP (250 g) și K3[Fe(NC)6] (19,8 g) au fost adăugate în 2.000 ml soluție HCl (1 M). Soluția a fost sonicated până la limpede și apoi introdus într-un cuptor la 80 ° C pentru a obține o reacție de îmbătrânire timp de 20-24 ore. Amestecul a fost apoi centrifugat la 20.000 rpm timp de 2 ore pentru colectarea nanoparticulelor PB. (Notă de siguranță: Pentru a elimina orice HCN creat, reacția trebuie efectuată într-o hotă de fum).
Sinteza sono-electrochimică a albastru de Prusia
O altă tehnică de sinteză foarte eficientă pentru albastrul de Prusia este calea sono-electrochimică, care combină sinergic depunerea electrochimică cu ultrasunetele de mare intensitate. Această metodă îmbunătățește transportul de masă, accelerează cinetica nucleării și promovează formarea uniformă a nanoparticulelor prin microamestecarea indusă de cavitație și activarea suprafeței. Acest lucru face din sinteza sono-electrochimică a albastrului de Prusia o cale fiabilă pentru producția industrială de albastru de Prusia la scară nanometrică.
Citiți mai multe despre configurația sono-electrochimică pentru sinteza albastrului de Prusia!
Sonde cu ultrasunete și reactoare sonochimice pentru sinteza albastră prusacă
Hielscher Ultrasonics este producător de experiențe de lungă durată de sonicatoare de înaltă performanță care sunt utilizate în întreaga lume în laboratoarele de cercetare și producția industrială. Sinteza sonochemical și precipitarea de nanoparticule și pigmenți este o aplicație exigentă care necesită sonde ultrasonice de mare putere, care generează amplitudini constante. Toate sonicatoarele Hielscher sunt proiectate și fabricate pentru a fi exploatate timp de 24/7 în sarcină maximă. Procesoarele cu ultrasunete sunt disponibile de la sonde ultrasonice compacte de 50 de wați la reactoare ultrasonice puternice în linie de 16.000 de wați. O mare varietate de coarne de amplificare, sonotrode și celule de debit permit configurarea individuală a unui sistem sonochimic în funcție de precursori, cale și produs final.
sinteza sonochimică – Pe loturi sau în linie, adaptate nevoilor dumneavoastră
Sondele cu ultrasunete Hielscher pot fi utilizate pentru sonicare discontinuă și continuă în linie. În funcție de volumul și viteza reacției, vă vom recomanda cea mai potrivită configurație ultrasonică. Sonicatoarele de laborator, de banc, pilot și complet industriale permit procesarea oricărui volum.
Cele mai înalte standarde de calitate – Proiectat și fabricat în Germania
Ca o afacere de familie, Hielscher prioritizează cele mai înalte standarde de calitate pentru procesoarele sale cu ultrasunete. Toate ultrasonicatoarele sunt proiectate, fabricate și testate temeinic în sediul nostru central din Teltow, lângă Berlin, Germania. Robustețea și fiabilitatea echipamentului cu ultrasunete Hielscher îl fac un cal de muncă în producția dvs. Funcționarea 24/7 sub sarcină maximă și în medii solicitante este o caracteristică naturală a sondelor și reactoarelor cu ultrasunete Hielscher de înaltă performanță.
Tabelul de mai jos vă oferă o indicație a capacității aproximative de procesare a ultrasonicators noastre:
| Volumul lotului | Debitul | Dispozitive recomandate |
|---|---|---|
| 1 până la 500 ml | 10 până la 200 ml/min | UP100H |
| 10 până la 2000 ml | 20 până la 400 ml / min | UP200Ht, UP400St |
| 0.1 până la 20L | 00.2 până la 4L / min | UIP2000hdT |
| 10 până la 100L | 2 până la 10L / min | UIP4000hdT |
| n.a. | 10 până la 100L / min | UIP16000 |
| n.a. | mai mare | grup de UIP16000 |
Contactează-ne! / Întreabă-ne!
Omogenizatoare cu ultrasunete de mare putere de la Laborator spre pilot și industrial cântar.
Fapte care merită știute
Ce este albastrul de Prusia?
Albastrul prusac este corect din punct de vedere chimic denumit hexacianoferat de fier (Fier (II, III) hexacianoferat (II, III)), dar colocvial ist este, de asemenea, cunoscut sub numele de albastru de Berlin, ferocianură ferică, hexacianoferat feric, ferocianură de fier (III), fier (III) hexacianoferat (II) și albastru parizian.
Albastrul prusac este descris ca un pigment albastru intens care este produs atunci când are loc oxidarea sărurilor feroase de ferocianură. Conține hexacianoferat feric (II) într-o structură cristalină cu zăbrele cubice. Este insolubil în apă, dar, de asemenea, tinde să formeze un coloid, astfel încât poate exista fie în formă coloidală, fie solubilă în apă și o formă insolubilă. Acesta este administrat pe cale orală în scopuri clinice pentru a fi utilizat ca un antidot pentru anumite tipuri de intoxicații cu metale grele, cum ar fi taliu și izotopi radioactivi de cesiu.
Analogii hexacianoferatului de fier (albastru prusac) sunt hexacianoferatul de cupru, hexacianoferatul de cobalt, hexacianoferatul de zinc și hexacianoferatul de nichel.
Ce sunt structurile cadru metal-organice?
Cadrele metalo-organice (MOF) sunt o clasă de compuși constând din ioni metalici sau clustere coordonate cu liganzi organici, care pot forma structuri unidimensionale, două sau tridimensionale. Ele sunt o subclasă de polimeri de coordonare. Polimerii de coordonare sunt formați din metale, care sunt legate prin liganzi (așa-numitele molecule de legătură), astfel încât se formează motive de coordonare repetate. Principalele lor caracteristici includ cristalinitatea și faptul că sunt adesea poroase.
Citiți mai multe despre sinteza cu ultrasunete a structurilor cadru metal-organic (MOF)!
Baterii sodiu-ion
Bateria sodiu-ion (NIB) este un tip de baterie reîncărcabilă. Spre deosebire de bateria litiu-ion, bateria cu ioni de sodiu utilizează ioni de sodiu (Na+) în loc de litiu ca purtători de încărcare. În caz contrar, compoziția, principiul de funcționare și construcția celulelor sunt în mare măsură identice cu cele ale bateriilor litiu-ion obișnuite și utilizate pe scară largă. Principala diferență între aceste două tipuri de baterii este că în condensatoarele Li-ion se utilizează compuși de litiu, în timp ce în bateriile Na-ion se aplică metale de sodiu. Aceasta înseamnă că catodul unei baterii cu ioni de sodiu conține compozite de sodiu sau sodiu și un anod (nu neapărat un material pe bază de sodiu), precum și un electrolit lichid care conține săruri de sodiu disociate în solvenți polari protici sau aprotici. În timpul încărcării, Na+ sunt extrase din catod și introduse în anod în timp ce electronii călătoresc prin circuitul extern; în timpul descărcării, procesul invers are loc în cazul în care Na+ sunt extrase din anod și reintroduse în catod cu electronii care călătoresc prin circuitul extern făcând o muncă utilă. În mod ideal, materialele anodice și catodice ar trebui să poată rezista ciclurilor repetate de stocare a sodiului fără degradare, pentru a asigura un ciclu de viață lung.
Sinteza sonochimică este o tehnică fiabilă și eficientă de producere a sărurilor metalice de sodiu în vrac de înaltă calitate, care pot fi utilizate pentru fabricarea condensatoarelor cu ioni de sodiu. Sinteza pulberii de sodiu se realizează prin dispersia cu ultrasunete a metalului de sodiu topit în ulei mineral.
Literatură / Referințe
- 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.