Ultrazvočno mokro padavinjenje pruskih modrih nanokock

Pruska modra ali železov heksacianoferat je nanostrukturirani kovinski organski okvir (MOF), ki se uporablja v proizvodnji natrijevih ionskih baterij, biomedicini, črnilih in elektroniki. Ultrazvočna mokro-kemična sinteza je učinkovita, zanesljiva in hitra pot za proizvodnjo pruskih modrih nanokock in pruskih modrih analogov, kot so bakrov heksacianoferat in nikljev heksacianoferrat. Za ultrazvočno oborjene nanodelce pruske modre barve je značilna ozka porazdelitev velikosti delcev, monodisperznost in visoka funkcionalnost.

Prusko modro in heksacianoferat Analogi

Pruski modri ali železovi heksacianoferati se pogosto uporabljajo kot funkcionalni material za oblikovanje elektrokemičnih aplikacij in za izdelavo kemičnih senzorjev, elektrokromnih zaslonov, črnil in premazov, baterij (natrijevih ionskih baterij), kondenzatorjev in superkondenzatorjev, materialov za shranjevanje kationov, kot so H+ ali Cs+, katalizatorji, teranostiki in drugi. Zaradi dobre redoks aktivnosti in visoke elektrokemične stabilnosti je pruska modra struktura kovinsko-organskega okvirja (MOF), ki se pogosto uporablja za modifikacijo elektrod.
Poleg različnih drugih aplikacij se pruska modra in njeni analogi bakreni heksacianooferat in nikljev heksacianoferat uporabljajo kot barvna črnila modre, rdeče in rumene barve.
Velika prednost pruskih modrih nanodelcev je njihova varnost. Pruski modri nanodelci so popolnoma biološko razgradljivi, biokompatibilni in odobreni s strani FDA za medicinsko uporabo.

Sonokemična sinteza pruskih modrih nanokock

Sinteza nanodelcev pruske modre / heksacianoferita je reakcija heterogenih mokro-kemičnih padavin. Za pridobitev nanodelcev z ozko porazdelitvijo velikosti delcev in monodisperznostjo je potrebna zanesljiva pot padavin. Ultrazvočna oborina je dobro znana po zanesljivi, učinkoviti in enostavni sintezi visokokakovostnih nanodelcev in pigmentov, kot so magnetit, cinkov molibdat, cinkov fosfomolibdat, različni nanodelci jedrne lupine itd.

Mokro-kemijske sintezne poti za pruske modre nanodelce

Sonokemična pot sinteze nanodelcev pruske modre je učinkovita, enostavna, hitra in okolju prijazna. Ultrazvočno obarjanje prinaša visokokakovostne pruske modre nanokocke, za katere je značilna enakomerna majhnost (približno 5 nm), ozka porazdelitev velikosti in monodisperznost.
Prusko modri nanodelci se lahko sintetizirajo z različnimi padavinskimi potmi s polimernimi stabilizatorji ali brez njih.
Da bi se izognili uporabi stabilizacijskega polimera, se lahko pruske modre nanokocke oborijo preprosto z ultrazvočnim mešanjem FeCl₃ in K₃[Fe(CN)₆] v navzočnosti H₂O₂.
Uporaba sonokemije v tej vrsti sinteze je pomagala pridobiti manjše nanodelce (tj. 5 nm velikosti namesto velikosti ≈50 nm, pridobljene brez ultrazvočnega razbijanja). (Dacarro et al. 2018)

Študije primerov ultrazvočne pruske modre sinteze

Na splošno se pruski modri nanodelci sintetizirajo z uporabo ultrazvočne metode.
Pri tej tehniki 0,05 M raztopine K₄[Fe(CN)₆] dodamo 100 ml raztopine klorovodikove kisline (0,1 mol/l). Nastali K₄[Fe(CN)₆] vodno raztopino hranimo 5 ur pri 40 °C, medtem ko raztopino ultrazvočno razbijamo, nato pustimo, da se ohladi pri sobni temperaturi. Dobljeni modri proizvod se filtrira in večkrat spere z destilirano vodo in absolutnim etanolom, nazadnje pa se 12 ur suši v vakuumski sušilnici pri 25 °C.

Heksacianoferitni analog bakrovega heksacianoferita (CuHCF) je bil sintetiziran po naslednji poti:
Nanodelci CuHCF so bili sintetizirani po naslednji enačbi:
Cu(NE)₃)₃ + K₄[Fe(CN)₆] –> Cu₄[Fe(CN)₆] + KN0₃

Nanodelci CuHCF so sintetizirani po metodi, ki so jo razvili Bioni et al., 2007. Mešanica 10 ml 20 mmol L^-1 K₃[Fe(CN)₆] + 0,1 mol L^-1 Raztopina KCl z 10 ml 20 mmol L^-1 CuCl₂ + 0,1 mol L^-1 KCl, v bučki za ultrazvočno razbijanje. Mešanica se nato 60 minut obseva z visoko intenzivnim ultrazvočnim sevanjem z uporabo titanovega roga z neposredno potopitvijo (20 kHz, 10Wcm^-1), ki je bila potopljena do globine 1 cm v raztopino. Med mešanico opazimo pojav svetlo rjave usedline. Ta disperzija se dializira 3 dni, da se dobi zelo stabilna, svetlo rjava disperzija.
(prim. Jassal et al. 2015)

Wu et al. (2006) so sintetizirali pruske modre nanodelce po sonokemični poti iz K₄[Fe(CN)₆], v katerem je Fe2+ nastal z razgradnjo [FeII(CN)6]4− z ultrazvočnim obsevanjem v klorovodikovi kislini; Fe²⁺ je bil oksidiran v Fe³⁺ da se odzove s preostalim [FeII(CN)₆]4− ionov. Raziskovalna skupina je ugotovila, da enakomerno porazdelitev velikosti sintetiziranih pruskih modrih nanokock povzročajo učinki ultrazvočne obdelave. Slika FE-SEM na levi prikazuje sonokemično sintetizirane nanokocke železovega heksacianoferata Wujeve raziskovalne skupine.

Sinteza v velikem obsegu: za pripravo PB nanodelcev v velikem obsegu, PVP (250 g) in K₃[Fe(CN)₆] (19,8 g) so dodali v 2.000 ml raztopine HCl (1 M). Raztopino so sonikirali, dokler ni bistra, nato pa jo dali v pečico pri 80 °C, da se doseže reakcija staranja za 20–24 ur. Mešanica je bila nato centrifugirana pri 20.000 vrtljajih na minuto za 2 uri za zbiranje nanodelcev PB. (Varnostna opomba: Za izločanje ustvarjenega HCN je treba reakcijo izvesti v digestorju).

Sonoelektrokemična sinteza prusikovega modrega

Druga zelo učinkovita tehnika sinteze prusikovega modrega je sonoelektrokemična pot, ki sinergijsko združuje elektrokemično nanašanje z ultrazvokom visoke jakosti. Ta metoda izboljša prenos mase, pospeši kinetiko nukleacije in spodbuja enakomerno tvorbo nanodelcev s kavitacijsko povzročenim mikromešanjem in površinsko aktivacijo. Zaradi tega je sonoelektrokemična sinteza prusikovega modrega zanesljiva pot za industrijsko proizvodnjo prusikovega modrega v nano velikosti.
Preberite več o sono-elektrokemični postavitvi za sintezo prusikovega modrega!

Ultrazvočne sonde in sonokemični reaktorji za sintezo pruske modre barve

Hielscher Ultrasonics je dolgoletni proizvajalec visoko zmogljivih sonikatorjev, ki se uporabljajo po vsem svetu v raziskovalnih laboratorijih in industrijski proizvodnji. Sonokemična sinteza in obarjanje nanodelcev in pigmentov je zahtevna aplikacija, ki zahteva visokozmogljive ultrazvočne sonde, ki ustvarjajo konstantne amplitude. Vsi Hielscherjevi sonikatorji so zasnovani in izdelani tako, da delujejo 24 ur na dan, 7 dni v tednu pod polno obremenitvijo. Ultrazvočni procesorji so na voljo od kompaktnih 50-vatnih ultrazvočnih sond do 16.000-vatnih zmogljivih inline ultrazvočnih reaktorjev. Široka paleta ojačevalnih rogov, sonotrod in pretočnih celic omogoča individualno nastavitev sonokemičnega sistema glede na predhodnike, pot in končni izdelek.

Sonokemična sinteza – Serijsko ali linijsko po meri vaših potreb

Hielscherjeve ultrazvočne sonde se lahko uporabljajo za serijsko in neprekinjeno inline sonikacijo. Glede na količino reakcije in hitrost reakcije vam bomo priporočili najprimernejšo ultrazvočno nastavitev. Laboratorijski, namizni, pilotni in popolnoma industrijski sonikatorji omogočajo obdelavo katere koli prostornine.

Najvišji standardi kakovosti – Zasnovano in izdelano v Nemčiji

Hielscher kot družinsko podjetje daje prednost najvišjim standardom kakovosti za svoje ultrazvočne procesorje. Vsi ultrazvočniki so zasnovani, izdelani in temeljito preizkušeni na našem sedežu v Teltowu pri Berlinu v Nemčiji. Robustnost in zanesljivost Hielscherjeve ultrazvočne opreme omogočata, da je delovni konj v vaši proizvodnji. Delovanje 24 ur na dan, 7 dni v tednu pod polno obremenitvijo in v zahtevnih okoljih je naravna značilnost visoko zmogljivih ultrazvočnih sond in reaktorjev Hielscher.

Spodnja tabela vam prikazuje približno zmogljivost obdelave naših ultrazvočnih aparatov: