Ultrazvukový borofén syntéza v priemyselnom meradle
Borofén, dvojrozmerný nanoštruktúrovaný derivát bóru, môže byť účinne syntetizovaný prostredníctvom facile a nízkonákladovej ultrazvukovej exfoliácie. Ultrazvuková exfoliácia kvapalnej fázy môže byť použitá na výrobu veľkého množstva vysoko kvalitných borofénových nanohét. Ultrazvuková exfoliačná technika je široko používaná na výrobu 2D nanomateriálov (napr. grafén) a je dobre známa svojimi výhodami vysoko kvalitných nanotesetov, vysokých výnosov, rýchlej a plodnej prevádzky, ako aj celkovej účinnosti.
Ultrazvukový exfoliačný spôsob pre prípravu borofénu
Rozpúšťadle riadený tekutý-fáz exfoliácia je široko používaný na prípravu 2D nanohédy z rôznych hromadných prekurzorov vrátane grafitu (grafén), bóru (borofén) okrem iného. V porovnaní s chemickou exfoliačnou technikou sa rozpúšťadle asistovaná exfoliácia kvapalnej fázy považuje za sľubnejšiu stratégiu na prípravu 0D a 2D nanoštruktúr, ako sú bórové kvantové bodky (BQD) a borofén. (porovnaj Wang et al., 2021)
Schéma vľavo ukazuje ultrazvukový nízkoteplotný proces exfoliácie kvapaliny 2D niekoľkovrstvových borofénových listov. (Štúdia a obrázok: ©Lin et al., 2021.)
Sonochemical reaktor vybavený 2000 wattov priemyselný ultrazvukový procesor UIP2000hdT pre veľkoplošné exfoliácie borofénu.
Prípadové štúdie ultrazvukovej exfoliácie borofénu
Exfoliácia a delaminácia pomocou výkonového ultrazvuku v procese kvapalnej fázy bola široko študovaná a úspešne aplikovaná na borofén a iné deriváty bóru, ako sú bórové kvantové bodky, nitrid bóru alebo diborid horečnatý.
α-borofén
V štúdii vykonanej Göktuna a Taşaltın (2021), α borofén bol pripravený prostredníctvom facile a nízkonákladovej ultrazvukovej exfoliácie. Rozpúšťadle syntetizované borofénové nanosheets vykazujú α borofénovú kryštalickú štruktúru.
Protokol: 100 mg mikročastíc bóru bolo sonicated v 100 ml DMF pri 200 W (napr. pomocou UP200St so S26d14) počas 4 hodín v dusíku (N2) kabína riadená prietokom, aby sa zabránilo oxidácii počas ultrazvukového procesu exfoliácie kvapalnej fázy. Roztok exfoliovaných častíc bóru bol odstredený 5000 ot/min a 12 000 ot/min počas 15 minút, potom sa borofén starostlivo zozbieral a vysušil vo vákuovom prostredí pri teplote 50 ° C. (porovnaj Göktuna a Taşaltın, 2021)
Schematická ilustrácia borofénu s niekoľkými vrstvami exfoliovanými sondou ultrazvukový asistovaný proces liečby solvotermálne.
Štúdia a obrázok: ©Zhang et al., 2020
Borofén s niekoľkými vrstvami
Zhang et al. (2020) hlásia techniku exfoliácie acetónovej solvotermálnej kvapalnej fázy, ktorá umožňuje výrobu vysoko kvalitného borofénu s veľkou horizontálnou veľkosťou. Pomocou opuchového účinku acetónu bol prekurzor bórového prášku prvýkrát navlhčený acetónom. Potom bol navlhčený prekurzor bóru ďalej solvotermálne ošetrený acetónom pri teplote 200 ° C, po ktorom nasledovala ultrazvukom so sonoátorom typu sondy pri 225 W počas 4 hodín. Borofén s niekoľkými vrstvami bóru a horizontálnou veľkosťou do 5,05 mm bol konečne získaný. Acetónová solvotermálna metóda exfoliácie kvapalnej fázy sa môže použiť na prípravu bórových nanosheets s veľkými horizontálnymi rozmermi a vysokej kvality. (porovnaj Zhang et al., 2020)
Keď XRD vzor rozpúšťadle exfoliovaný borofén je porovnaný s hromadným bórovým prekurzorom, možno pozorovať podobný vzor XRD. Väčšina hlavných difrakčných vrcholov môže byť indexovaná na b-rhombohedral bór, čo naznačuje, že kryštalická štruktúra je takmer zachovaná pred a po exfoliačnej liečbe.
SEM obrázky s nízkym rozlíšením (a) a vysokým rozlíšením b) borofénu s niekoľkými vrstvami získanými rozpúšťadle asistovanou solvotermálnou exfoliáciou v acetóne
Štúdia a obrázok: ©Zhang et al., 2020
XRD vzory (a) a Raman spektrá b) neošetreného hromadného bóru a borofénu s niekoľkými vrstvami získanými sondou ultrazvuková asistovaná solvotermálna exfoliácia.
Štúdia a obrázok: ©Zhang et al., 2020
Sonchemická syntéza bórových kvantových bodiek
Hao et al. (2020) úspešne pripravila veľké a jednotné kryštalické polovodičové bórové kvantové bodky (BQD) z expandovaného bórového prášku v acetonitrile, vysoko polárnom organickom rozpúšťadle, pomocou výkonného ultrasonicatora typu sondy (napr. UP400St, UIP500hdT alebo UIP1000hdT). Syntetizované bórové kvantové bodky s hrúbkou 2,46 ±0,4 nm a hrúbkou 2,81 ±0,5 nm.
Protokol: V typickom prípravku bórových kvantových bodiek bolo najprv pridaných 30 mg bórového prášku do banky s tromi krkmi a potom sa do fľaše pridalo 15 ml acetonitrilu pred ultrazvukovým procesom. Exfoliácia sa vykonala pri výstupnom výkone 400 W (napr. UIP500hdT), frekvencia 20 kHz a ultrazvukový čas 60 min. Aby sa zabránilo prehriatiu roztoku počas ultrazvukom, chladenie pomocou ľadového kúpeľa alebo laboratórneho chladiča sa použilo na konštantnú teplotu. Výsledný roztok bol odstreďovaný pri 1500 ot/min počas 60 minút. Supernatant obsahoval bórové kvantové bodky, ktoré boli jemne extrahované. Všetky experimenty sa uskutočnili pri izbovej teplote. (porovnaj Hao et al., 2020)
V štúdii Wang et al. (2021), výskumník pripraviť bór kvantové bodky pomocou ultrazvukovej kvapalnej fázy exfoliácie techniky, taky. Získali monodispersed bór kvantovú bodku s úzkou veľkosťou distribúcie, vynikajúcou dispergovateľnosťou, vysokou stabilitou v roztoku IPA a dvojfotografiou fluorescencie.
TEM obrázky a zodpovedajúce rozdelenie priemeru BQD pripravené za rôznych ultrazvukových podmienok. a) Obraz BQD-2 syntetizovaný pri 400 W počas 2 h. b) obraz BQD-3 syntetizovaný pri 550 W počas 1 h. c) obraz TEM BQD-3 syntetizovaný pri 400 W počas 4 h. d) Distribúcia kvantových bodov získaných z a). e) Rozloženie priemeru kvantových bodov získaných z b). f) Rozloženie priemeru kvantových bodov získaných z c).
Štúdium a obrázok: ©Hao et al., 2020
Ultrazvuková exfoliácia magnézium diboridové nanosheets
Proces exfoliácie sa vykonal pozastavením 450 mg diboridu horečnatého
(MgB2) prášok (cca 100 veľkosť ôk / 149 mikrónov) v 150 ml vody a vystavuje ho ultrazvukom po dobu 30 minút. Ultrazvukový exfoliácia môže byť vykonaná s sondou typu ultrasonicator, ako je UP200Ht alebo UP400St s amplitúdou 30% a režimom cyklu 10 sekúnd na/vypnutie impulzov. Ultrazvukový exfoliácia má za následok tmavo čiernu suspenziu. Čierna farba môže byť pripísaná farbe nedotknutého prášku MgB2.
Vysokorýchlostná sekvencia (od a do f) rámov ilustrujúcich sono-mechanickú exfoliáciu grafitovej vločky vo vode pomocou UP200S, 200W ultrasonicator s 3mm sonotródou. Šípky ukazujú miesto rozdelenia (exfoliácie) s kavitačnými bublinami prenikavými do rozdelenia.
© Tyurnina et al. 2020
Výkonné ultrasonicators pre borofén exfoliáciu v akejkoľvek mierke
Hielscher Ultrasonics navrhuje, vyrába a distribuuje robustné a spoľahlivé ultrasonicators v akejkoľvek veľkosti. Od kompaktných laboratórnych ultrazvukových zariadení až po priemyselné ultrazvukové sondy a reaktory, Hielscher má ideálny ultrazvukový systém pre váš proces. S dlhoročnými skúsenosťami v aplikáciách, ako je syntéza nanomateriálov a disperzia, vám náš dobre vyškolený personál odporučí najvhodnejšie nastavenie pre požiadavky na ypour. Hielscher priemyselné ultrazvukové procesory sú známe ako spoľahlivé pracovné kone v priemyselných zariadeniach. Schopné dodať veľmi vysoké amplitúdy, Hielscher ultrasonicators sú ideálne pre vysoko výkonné aplikácie, ako je borofén alebo grafén exfoliácia, rovnako ako nanomateriálne disperzie. Amplitúdy až do 200 μm sa dajú ľahko nepretržite spustiť pri prevádzke 24/7. Pre ešte vyššie amplitúdy sú k dispozícii prispôsobené ultrazvukové sonotródy.
Všetky zariadenia sú navrhnuté a vyrobené v našom sídle v Nemecku. Pred dodaním zákazníkovi je každé ultrazvukové zariadenie starostlivo testované pri plnom zaťažení. Usilujeme sa o spokojnosť zákazníkov a naša výroba je štruktúrovaná tak, aby spĺňala najvyššie zabezpečenie kvality (napr. certifikácia ISO).
- vysoká účinnosť
- Najmodernejšia technológia
- Spoľahlivosť & Robustnosť
- Dávkové & Inline
- pre akýkoľvek objem
- inteligentný softvér
- inteligentné funkcie (napr. protokolovanie údajov)
- CIP (čisté miesto)
Nasledujúca tabuľka vám uvádza približnú spracovateľskú kapacitu našich ultrazvukov:
| Objem šarže | prietok | Odporúčané Devices |
|---|---|---|
| 1 až 500mL | 10 až 200mL/min | UP100H |
| 10 až 2000mL | 20 až 400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0.1 až 20L | 02 až 4 l / min | UIP2000hdT |
| 10 až 100L | 2 až 10 l / min | UIP4000hdT |
| neuv | 10 až 100 l / min | UIP16000 |
| neuv | väčšia | strapec UIP16000 |
Kontaktuj nás! / Opýtajte sa nás!
Hielscher Ultrazvukom vyrába vysokovýkonné ultrazvukové homogenizátory pre miešanie aplikácií, disperzie, emulgácie a extrakcie na laboratórne, pilotné a priemyselné meradle.
Literatúra/referencie
- 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.
Fakty stojí za to vedieť
Borofén
Borofén je kryštalický atómový monovrstvo bóru, tj je to dvojrozmerný alotrop bóru (tiež nazývaný bórový nanosheet). Jeho jedinečné fyzikálne a chemické vlastnosti menia borofén na cenný materiál pre mnohé priemyselné aplikácie.
Medzi výnimočné fyzikálne a chemické vlastnosti borofénu patria jedinečné mechanické, tepelné, elektronické, optické a supravodivé fazety.
To otvára možnosti použitia borofénu pre aplikácie v alkalických kovových iónových batériách, batériách Li-S, skladovaní vodíka, superkondenzátore, redukcii kyslíka a vývoji, ako aj v elektroredukčnej reakcii CO2. Obzvlášť vysoký záujem je o borofén ako anódový materiál pre batérie a ako vodíkový skladovací materiál. Vďaka vysokým teoretickým špecifickým kapacitám, elektronickej vodivosti a vlastnostiam prepravy iónov sa borofén kvalifikuje ako veľký anódový materiál pre batérie. Vďaka vysokej adsorbačnej kapacite vodíka na borofén ponúka veľký potenciál pre skladovanie vodíka - s kapacitou stroby viac ako 15% svojej hmotnosti.
Borofén na skladovanie vodíka
Dvojrozmerné (2D) materiály na báze bóru dostávajú veľkú pozornosť ako pamäťové médiá H2 kvôli nízkej atómovej hmotnosti bóru a stabilite zdobenia alkalických kovov na povrchu, čo zvyšuje interakcie s H2. Dvojrozmerné borofénové nanočastica, ktoré sa dajú ľahko syntetizovať pomocou ultrazvukovej exfoliácie kvapalnej fázy, ako je popísané vyššie, preukázali dobrú afinitu k rôznym atómom zdobenia kovov, v ktorých sa môže vyskytnúť zhlukovanie kovových atómov. Pomocou rôznych kovových dekorácií, ako sú Li, Na, Ca a Ti na rôznych borofénových polymorfoch, boli získané pôsobivé gravimetrické hustoty H2 v rozmedzí od 6 do 15 wt %, čím prekročili požiadavku amerického ministerstva energetiky (DOE) na palubné skladovanie 6,5wt% H2. (porovnaj Habibi a kol., 2021)
Hielscher Ultrasonics vyrába vysokovýkonné ultrazvukové homogenizers z laboratórium na priemyselnej veľkosti.