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.
Ultrazvočni aparat UIP2000hdT je zmogljiva sonokemična naprava za sintezo in obarjanje nanodelcev
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 se sintetizirajo po metodi, ki jo je razvil Bioni et al., 2007 [1]. 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− ions. The research group concluded that the uniform size distribution of synthesized Prussian blue nanocubes is caused by the effects ultrasonication. The FE-SEM image on the left shows sonochemically synthesized iron hexacyanoferrate nanocubes by Wu’s research group.
Sinteza v velikem obsegu: za pripravo nanodelcev PB 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).
TEM mikrofotografija pruskih modrih nanokock, stabiliziranih s citratom
Ultrazvočne sonde in sonokemični reaktorji za sintezo pruske modre barve
Hielscher Ultrasonics je dolgoletni proizvajalec visoko zmogljive ultrazvočne opreme, ki se uporablja po vsem svetu v laboratorijih in industrijski proizvodnji. Sonokemična sinteza in obarjanje nanodelcev in pigmentov je zahtevna aplikacija, ki zahteva ultrazvočne sonde visoke moči, ki ustvarjajo konstantne amplitude. Vse Hielscher ultrazvočne naprave so zasnovane in izdelane za delovanje 24 ur na dan, 7 dni v tednu pod polno obremenitvijo. Ultrazvočni procesorji so na voljo od kompaktnih 50-vatnih laboratorijskih ultrazvočnih sistemov do 16.000 vatov močnih ultrazvočnih sistemov. Široka paleta spodbujevalnih rogov, sonotrod in pretočnih celic omogoča individualno nastavitev sonokemičnega sistema v skladu s predhodnimi sestavinami, potjo in končnim izdelkom.
Hielscher Ultrasonics manufactures high-performance ultrasonic probes that can specifically set to deliver the full spectrum of very mild to very high amplitudes. If your sonochemical application requires unusual specifications (e.g., very high temperatures), customized ultrasonic sonotrodes are available. The robustness of Hielscher’s ultrasonic equipment allows for 24/7 operation at heavy duty and in demanding environments.
Sonokemična šaržna in inline sinteza
Hielscher ultrazvočne sonde se lahko uporabljajo za serijsko in neprekinjeno inline ultrazvočno razbijanje. Glede na volumen reakcije in hitrost reakcije vam bomo priporočili najprimernejšo ultrazvočno nastavitev.
Ultrazvočne sonde in sono-reaktorji za poljuben volumen
Paleta izdelkov Hielscher Ultrasonics zajema celoten spekter ultrazvočnih procesorjev od kompaktnih laboratorijskih ultrazvočnih naprav preko namiznih in pilotnih sistemov do popolnoma industrijskih ultrazvočnih procesorjev z zmogljivostjo obdelave tovornjakov na uro. Celotna paleta izdelkov nam omogoča, da vam ponudimo najprimernejšo ultrazvočno opremo za vašo tekočino, procesno zmogljivost in proizvodne cilje.
Natančno nadzorovane amplitude za optimalne rezultate
Vsi Hielscher ultrazvočni procesorji so natančno nadzorovani in s tem zanesljivi delovni konji. Amplituda je eden ključnih procesnih parametrov, ki vplivajo na učinkovitost in uspešnost sonokemično in sonomahansko povzročenih reakcij. Vsi Hielscher ultrazvočni’ processors allow for the precise setting of the amplitude. Sonotrodes and booster horns are accessories that allow to modify the amplitude in an even wider range. Hielscher’s industrial ultrasonic processors can deliver very high amplitudes and deliver the required ultrasonic intensity for demanding applications. Amplitudes of up to 200µm can be easily continuously run in 24/7 operation.
Natančne nastavitve amplitude in stalno spremljanje ultrazvočnih procesnih parametrov s pametno programsko opremo vam omogočajo sintezo vaših pruskih modrih nanokock in analogov heksacianoferata v najučinkovitejših ultrazvočnih pogojih. Optimalna ultrazvočna razbijanje za najučinkovitejšo sintezo nanodelcev!
The robustness of Hielscher’s ultrasonic equipment allows for 24/7 operation at heavy duty and in demanding environments. This makes Hielscher’s ultrasonic equipment a reliable work tool that fulfils your sonochemical process requirements.
Najvišja kakovost – Zasnovano in izdelano v Nemčiji
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’s 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’s high-performance ultrasonic probes and reactors.
Spodnja tabela vam prikazuje približno zmogljivost obdelave naših ultrazvočnih aparatov:
| Obseg serije | Pretok | Priporočene naprave |
|---|---|---|
| 1 do 500 ml | 10 do 200 ml? min | UP100H |
| 10 do 2000 ml | 20 do 400 ml? min | UP200Ht, UP400St |
| 0.1 do 20L | 00,2 do 4 l/min | UIP2000hdT |
| 10 do 100L | 2 do 10 l/min | UIP4000hdT |
| n.a. | 10 do 100 l/min | UIP16000 |
| n.a. | Večji | Grozd UIP16000 |
Kontaktirajte nas!? Vprašajte nas!
Ultrazvočni homogenizatorji visoke moči iz laboratorij k Pilot in industrijska lestvica.
Literatura? Reference
- 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.
Dejstva, ki jih je vredno vedeti
Pruska modra
Pruska modra se kemično pravilno imenuje železov heksacianoferat (železov (II, III) heksacianoferat (II, III)), pogovorno pa je znan tudi kot berlinska modra, železov ferocijanid, železov heksacianoferat, železov (III) ferocijanid, železov (III) heksacianoževrat (II) in pariško modro.
Pruska modra barva je opisana kot temno modri pigment, ki nastane, ko pride do oksidacije železovih ferocianidnih soli. Vsebuje železov heksacianoferat (II) v kristalni strukturi kubične rešetke. Je netopen v vodi, vendar se nagiba tudi k tvorbi koloida, zato lahko obstaja v koloidni ali vodotopni obliki in netopni obliki. Peroralno se daje v klinične namene, da se uporablja kot protistrup za nekatere vrste zastrupitve s težkimi kovinami, kot so talij in radioaktivni izotopi cezija.
Analogi železovega heksacianoferata (prusko modro) so bakrov heksacianoferrat, kobaltov heksacianoferrat, cinkov heksacianoferat in nikljev heksacianoferrat.
natrijevo-ionske baterije
Natrijeva ionska baterija (NIB) je vrsta polnilne baterije. V nasprotju z litij-ionsko baterijo natrijeva ionska baterija uporablja natrijeve ione (Na+) namesto litija kot nosilce polnjenja. V nasprotnem primeru so sestava, princip delovanja in konstrukcija celic v veliki meri enaki kot pri običajnih in pogosto uporabljenih litij-ionskih baterijah. Glavna razlika med obema vrstama baterij je v tem, da se v Li-ionskih kondenzatorjih uporabljajo litijeve spojine, medtem ko se v Na-ionskih baterijah uporabljajo natrijeve kovine. To pomeni, da katoda natrijevo-ionske baterije vsebuje natrijeve ali natrijeve kompozite in anodo (ne nujno material na osnovi natrija) ter tekoči elektrolit, ki vsebuje disociirane natrijeve soli v polarnih protičnih ali aprotičnih topilih. Med polnjenjem se Na+ izvlečejo iz katode in vstavijo v anodo, medtem ko elektroni potujejo skozi zunanje vezje; med praznjenjem pride do obratnega procesa, kjer se Na+ izvlečejo iz anode in ponovno vstavijo v katodo, pri čemer elektroni, ki potujejo skozi zunanje vezje, opravljajo koristno delo. V idealnem primeru bi morali biti anodni in katodni materiali sposobni prenesti ponavljajoče se cikle shranjevanja natrija brez razgradnje, da se zagotovi dolg življenjski cikel.
Sonokemična sinteza je zanesljiva in učinkovita tehnika za proizvodnjo visokokakovostnih natrijevih kovinskih soli, ki se lahko uporabljajo za proizvodnjo natrijevih ionskih kondenzatorjev. Sinteza natrijevega prahu se izvede z ultrazvočno disperzijo staljenega natrijevega kovinskega v mineralnem olju. Če vas zanima ultrazvočna sinteza natrijevih kovinskih soli, nas prosite za več informacij, tako da izpolnite kontaktni obrazec, nam pošljete e-pošto (na info@hielscher.com) ali pokličite nas!
Kovinsko-organske okvirne strukture
Kovinsko-organski okvirji (MOF) so razred spojin, ki jih sestavljajo kovinski ioni ali grozdi, usklajeni z organskimi ligandi, ki lahko tvorijo eno-, dvo- ali tridimenzionalne strukture. So podrazred koordinacijskih polimerov. Koordinacijske polimere tvorijo kovine, ki so povezane z ligandi (tako imenovanimi povezovalnimi molekulami), tako da se oblikujejo ponavljajoči se koordinacijski motivi. Njihove glavne značilnosti so kristalnost in pogosto poroznost.
Preberite več o ultrazvočni sintezi kovinsko-organskih okvirnih struktur (MOF)!