Sinteza e borofenit tejzanor në shkallë industriale
Borofeni, një derivat nanostrukturor dydimensional i borit, mund të sintetizohet në mënyrë efikase nëpërmjet një eksfolimi tejzanor të lehtë dhe me kosto të ulët. Eksfolimi tejzanor i fazës së lëngshme mund të përdoret për të prodhuar sasi të mëdha nanofletë borofeni me cilësi të lartë. Teknika e eksfolimit me ultratinguj përdoret gjerësisht për të prodhuar nanomateriale 2D (p.sh. grafeni) dhe është e njohur për avantazhet e saj të nanofletave me cilësi të lartë, rendimentit të lartë, funksionimit të shpejtë dhe të lehtë, si dhe efikasitetit të përgjithshëm.
Metoda e eksfolimit me ultratinguj për përgatitjen e borofenit
Eksfolimi i fazës së lëngshme të drejtuar në mënyrë tejzanor përdoret gjerësisht për të përgatitur nanofletë 2D nga prekursorë të ndryshëm në masë, duke përfshirë grafitin (grafen), borin (borofen) ndër të tjera. Krahasuar me teknikën e eksfolimit kimik, eksfolimi i fazës së lëngshme të asistuar me ultratinguj konsiderohet si strategjia më premtuese për të përgatitur nanostrukturat 0D dhe 2D si pikat kuantike të borit (BQDs) dhe borofen. (krh. Wang et al., 2021)
Skema e majtë tregon procesin e eksfolimit të lëngshëm me temperaturë të ulët tejzanor të fletëve të borofenit me disa shtresa 2D. (Studimi dhe fotografia: ©Lin et al., 2021.)
Reaktor sonokimik i pajisur me a Procesor industrial tejzanor 2000 watts UIP2000hdT për eksfolimin e borofenit në shkallë të gjerë.
Studime të Rastit të Eksfolimit me Borofen me Tejzanor
Eksfolimi dhe delaminatimi duke përdorur ultratinguj të fuqisë në një proces të fazës së lëngshme është studiuar gjerësisht dhe është aplikuar me sukses për borofenin dhe derivatet e tjerë të borit si pikat kuantike të borit, nitridin e borit ose diboridin e magnezit.
α-Borofen
Në studimin e kryer nga Göktuna dhe Taşaltın (2021), α borofeni u përgatit nëpërmjet një eksfolimi tejzanor të lehtë dhe me kosto të ulët. Nanofletat e borofenit të sintetizuara në mënyrë ultrasonike shfaqin një strukturë kristalore të borofenit α.
Protokolli: 100 mg mikrogrimca bori u sonikuan në 100 ml DMF në 200 W (p.sh., duke përdorur UP200St me S26d14) për 4 orë në një azot (N2) kabina e kontrolluar e rrjedhës për të parandaluar oksidimin gjatë procesit të eksfolimit të fazës së lëngshme tejzanor. Tretësira e grimcave të eksfoluara të borit u centrifugua me 5000 rpm dhe 12,000 rpm për 15 minuta përkatësisht, më pas borofeni u mblodh me kujdes dhe u tha në një ambient vakum për 4 orë në 50ºC. (krh. Göktuna dhe Taşaltın, 2021)
Ilustrim skematik i borofenit me disa shtresa të shtresuara nga procesi i trajtimit solvotermik të asistuar me sondë.
Studimi dhe fotografia: ©Zhang et al., 2020
Borofen me pak shtresa
Zhang et al. (2020) raportojnë një teknikë eksfolimi të fazës së lëngshme solvotermale të acetonit, e cila lejon prodhimin e borofenit me cilësi të lartë me madhësi të madhe horizontale. Duke përdorur efektin e fryrjes së acetonit, pararendësi i pluhurit të borit u lagur fillimisht në aceton. Më pas, pararendësi i borit të lagur u trajtua më tej në mënyrë solvotermale në aceton në 200ºC, i ndjekur nga sonikimi me një sonikator të tipit sondë në 225 W për 4 orë. Më në fund u mor borofen me disa shtresa bori dhe një madhësi horizontale deri në 5,05 mm. Teknika e eksfolimit të fazës së lëngshme të asistuar me aceton solvotermal mund të përdoret për të përgatitur nanofletë bor me madhësi të mëdha horizontale dhe me cilësi të lartë. (krh. Zhang et al., 2020)
Kur modeli XRD i borofenit të eksfoluar në mënyrë ultrasonike krahasohet me pararendësin e borit në masë, mund të vërehet një model i ngjashëm XRD. Shumica e majave kryesore të difraksionit mund të indeksohen në borin b-rombohedral, duke sugjeruar që struktura kristalore është pothuajse e ruajtur para dhe pas trajtimit të eksfolimit.
Imazhet SEM me rezolucion të ulët (a) dhe rezolucion të lartë (b) të borofenit me pak shtresa të marra nga eksfolimi solvotermik i asistuar me ultratinguj në aceton
Studimi dhe fotografia: ©Zhang et al., 2020
Modelet XRD (a) dhe spektrat Raman (b) të borit me shumicë të patrajtuar dhe borofenit me pak shtresa të marra nga sondë eksfolimi solvotermik i asistuar me ultratinguj.
Studimi dhe fotografia: ©Zhang et al., 2020
Sinteza sonokimike e pikave kuantike të borit
Hao etj. (2020) përgatiti me sukses pikat kuantike të borit gjysmëpërçues kristalor në shkallë të gjerë dhe uniforme (BQD) nga pluhuri i borit të zgjeruar në acetonitril, një tretës organik shumë polar, duke përdorur një ultrasonikë të fuqishëm të tipit sondë (p.sh. UP400 St, UIP500hdT ose UIP1000hdT). Pikat kuantike të borit të sintetizuara me madhësi anësore 2,46 ± 0,4 nm dhe trashësi 2,81 ± 0,5 nm.
Protokolli: Në një përgatitje tipike të pikave kuantike të borit, 30 mg pluhur bori u shtua fillimisht në një balonë me tre qafa dhe më pas 15 mL acetonitril u shtua në shishe përpara procesit të ultrazërit. Eksfolimi u krye me një fuqi dalëse prej 400 W (p.sh., duke përdorur UIP500hdT), frekuencë 20 kHz dhe kohë ultrasonike prej 60 min. Për të shmangur mbinxehjen e tretësirës gjatë ultrazërit, ftohja duke përdorur një banjë akulli ose ftohës laboratori u aplikua për një temperaturë konstante. Tretësira që rezulton u centrifugua në 1500 rpm për 60 min. Supernatanti që përmbante pika kuantike bor u nxor me butësi. Të gjitha eksperimentet u kryen në temperaturën e dhomës. (krh. Hao et al., 2020)
Në studimin e Wang et al. (2021), studiuesi përgatit pikat kuantike të borit duke përdorur gjithashtu teknikën e eksfolimit të fazës së lëngshme tejzanor. Ata morën pikë kuantike të borit të monodisperzuar me një shpërndarje të ngushtë madhësie, shpërndarje të shkëlqyer, stabilitet të lartë në zgjidhjen IPA dhe fluoreshencë me dy foto.
Imazhet TEM dhe shpërndarja përkatëse e diametrit të BQD-ve të përgatitura në kushte të ndryshme tejzanor. (a) Imazhi TEM i BQD-2 i sintetizuar në 400 W për 2 orë. (b) Imazhi TEM i BQD-3 i sintetizuar në 550 W për 1 orë. (c) Imazhi TEM i BQD-3 i sintetizuar në 400 W për 4 orë. (d) Shpërndarja e diametrit të pikave kuantike të marra nga (a). (e) Shpërndarja e diametrit të pikave kuantike të marra nga (b). (f) Shpërndarja e diametrit të pikave kuantike të marra nga (c).
Studimi dhe fotografia: ©Hao et al., 2020
Eksfolimi tejzanor i nanofletave me diborid magnezi
Procesi i eksfolimit u krye duke pezulluar 450 mg diborid magnezi
(MgB2) pluhur (përafërsisht 100 mesh madhësi / 149 mikron) në 150 ml ujë dhe ekspozohet në ultratinguj për 30 minuta. Eksfolimi tejzanor mund të kryhet me një ultrasonikator të tipit sondë si p.sh UP200Ht ose UP400 St me një amplitudë prej 30% dhe modalitetin e ciklit prej 10 sek. Eksfolimi me ultratinguj rezulton në një pezullim të zi të errët. Ngjyra e zezë mund t'i atribuohet ngjyrës së pluhurit të pacenuar MgB2.
Një sekuencë me shpejtësi të lartë (nga a në f) kornizash që ilustron shtresimin sonomekanik të një flake grafiti në ujë duke përdorur UP200S, një ultrasonikator 200 W me sonotrode 3mm. Shigjetat tregojnë vendin e ndarjes (eksfolimit) me flluska të kavitacionit që depërtojnë në çarje.
© Tyurnina et al. 2020
Ultrasonikë të fuqishëm për eksfolimin e borofenit në çdo shkallë
Hielscher Ultrasonics projekton, prodhon dhe shpërndan ultrasonikë të fortë dhe të besueshëm në çdo madhësi. Nga pajisjet kompakte ultrasonike laboratorike deri te sondat dhe reaktorët industrialë ultrasonikë, Hielscher ka sistemin ideal ultrasonik për procesin tuaj. Me përvojë të gjatë në aplikime të tilla si sinteza dhe shpërndarja e nanomaterialeve, stafi ynë i trajnuar mirë do t'ju rekomandojë konfigurimin më të përshtatshëm për kërkesat tuaja. Përpunuesit industrialë tejzanor Hielscher njihen si kuaj të besueshëm të punës në objektet industriale. Të aftë për të dhënë amplituda shumë të larta, ultrasonikët Hielscher janë idealë për aplikime me performancë të lartë si p.sh. eksfolimi i borofenit ose grafenit, si dhe dispersionet e nanomaterialeve. Amplituda deri në 200µm mund të ekzekutohen lehtësisht vazhdimisht në funksionim 24/7. Për amplituda edhe më të larta, ofrohen sonotrode tejzanor të personalizuara.
Të gjitha pajisjet janë projektuar dhe prodhuar në selinë tonë në Gjermani. Para dorëzimit te klienti, çdo pajisje tejzanor testohet me kujdes nën ngarkesë të plotë. Ne përpiqemi për kënaqësinë e klientit dhe prodhimi ynë është i strukturuar për të përmbushur sigurimin më të lartë të cilësisë (p.sh. certifikimin ISO).
- efikasitet të lartë
- teknologjinë më të fundit
- besueshmëria & qëndrueshmëri
- grumbull & ne rresht
- për çdo vëllim
- softuer inteligjent
- veçoritë inteligjente (p.sh. protokollimi i të dhënave)
- CIP (i pastër në vend)
Tabela e mëposhtme ju jep një tregues të kapacitetit të përafërt të përpunimit të ultrasonikëve tanë:
| Vëllimi i grupit | Shkalla e rrjedhjes | Pajisjet e rekomanduara |
|---|---|---|
| 1 deri në 500 ml | 10 deri në 200 ml/min | UP100H |
| 10 deri në 2000 ml | 20 deri në 400 ml/min | UP200Ht, UP400 St |
| 0.1 deri në 20L | 0.2 deri në 4L/min | UIP2000hdT |
| 10 deri në 100 litra | 2 deri në 10 l/min | UIP4000hdT |
| na | 10 deri në 100 l/min | UIP16000 |
| na | më të mëdha | grumbull i UIP16000 |
Na kontaktoni! / Na pyesni!
Hielscher Ultrasonics prodhon homogjenizues tejzanor me performancë të lartë për përzierjen e aplikimeve, shpërndarjen, emulsifikimin dhe nxjerrjen në shkallë laboratorike, pilot dhe industriale.
Literatura / Referencat
- 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.
Fakte që ia vlen të dihen
borofen
Borofeni është një shtresë atomike kristalore e borit, dmth. është një alotrop dydimensional i borit (i quajtur edhe nanofletë bori). Karakteristikat e tij unike fizike dhe kimike e kthejnë borofenin në një material të vlefshëm për aplikime të shumta industriale.
Vetitë e jashtëzakonshme fizike dhe kimike të borofenit përfshijnë aspekte unike mekanike, termike, elektronike, optike dhe superpërçuese.
Kjo hap mundësitë për të përdorur borofenin për aplikime në bateritë e joneve të metaleve alkali, bateritë Li-S, ruajtjen e hidrogjenit, superkondensatorin, reduktimin dhe evolucionin e oksigjenit, si dhe reaksionin e elektroreduktimit të CO2. Veçanërisht interes i madh shkon për borofenin si material anodë për bateritë dhe si material për ruajtjen e hidrogjenit. Për shkak të kapaciteteve të larta teorike specifike, përçueshmërisë elektronike dhe vetive të transportit të joneve, borofeni kualifikohet si material i shkëlqyer anodë për bateritë. Për shkak të kapacitetit të lartë të absorbimit të hidrogjenit në borofen, ai ofron potencial të madh për ruajtjen e hidrogjenit - me një kapacitet stroage mbi 15% të peshës së tij.
Borofen për ruajtjen e hidrogjenit
Materialet dydimensionale (2D) me bazë bori po marrin shumë vëmendje si media ruajtëse H2 për shkak të masës së ulët atomike të borit dhe qëndrueshmërisë së dekorimit të metaleve alkali në sipërfaqe, të cilat përmirësojnë ndërveprimet me H2. Nanofletat dydimensionale të borofenit, të cilat mund të sintetizohen lehtësisht duke përdorur eksfolimin tejzanor të fazës së lëngshme, siç përshkruhet më sipër, kanë treguar një prirje të mirë për atome të ndryshme dekoruese metalike, në të cilat mund të ndodhë grumbullimi i atomeve metalike. Duke përdorur një shumëllojshmëri dekorimesh metalike, si Li, Na, Ca dhe Ti në polimorfe të ndryshme të borofenit, janë marrë dendësi gravimetrike mbresëlënëse H2 që variojnë nga 6 në 15 wt %, duke tejkaluar kërkesat e Departamentit të Energjisë të SHBA (DOE) për ruajtjen në bord. prej 6,5% peshë H2. (krh. Habibi et al., 2021)
Hielscher Ultrasonics prodhon homogjenizues tejzanor me performancë të lartë nga laboratori te madhësia industriale.