Ефикасна и контролисана синтеза наночестица злата
Златне наночестице униформног облика и морфологије могу се ефикасно синтетизовати сонохемијским путем. Ултразвучно промовисана хемијска реакција синтезе наночестица злата може се прецизно контролисати за величину честица, облик (нпр. наносфере, наношипке, нанопојаси итд.) и морфологију. Ефикасна, једноставна, брза и зелена хемијска процедура омогућава поуздану производњу златних наноструктура у индустријском обиму.
Златне наночестице и наноструктуре
Наночестице злата и структуре нано-величине су широко примењене у Р&Д и индустријски процеси због јединствених својстава злата нано величине, укључујући електронске, магнетне и оптичке карактеристике, ефекте квантне величине, површинску плазмонску резонанцу, високу каталитичку активност, самосастављање између осталих својстава. Области примене наночестица злата (Ау-НП) крећу се од употребе као катализатора до производње наноелектронских уређаја, као и употребе у сликању, нанофотоници, наномагнетским, биосензорима, хемијским сензорима, за оптичке и тераностичке апликације, испоруку лекова као и друге употребе.

Ултрасоникатори типа сонде као што је УП400Ст интензивирају синтезу наночестица злата. Сонохемијски пут је једноставан, ефикасан, брз и ради са нетоксичним хемикалијама у благим атмосферским условима.
Методе синтезе наночестица злата
Нано-структуриране честице злата могу се синтетизовати на различите начине коришћењем ултразвучне обраде високих перформанси. Ултразвучна обрада није само једноставна, ефикасна и поуздана техника, осим тога соникација ствара услове за хемијску редукцију златних јона без токсичних или јаких хемијских агенаса и омогућава формирање наночестица племенитих метала различите морфологије. Избор пута и сонохемијског третмана ( такође познат као соносинтеза) омогућава производњу златних наноструктура као што су златне наношире, наношипке, нанопојаси итд. са уједначеном величином и морфологијом.
У наставку можете пронаћи одабране сонохемијске путеве за припрему златних наночестица.
Ултразвучно побољшана Туркевич метода
Соникација се користи за интензивирање Туркевичеве реакције редукције цитрата као и модификованих Туркевичевих процедура.
Туркевичева метода производи скромно монодисперзне сферичне наночестице злата пречника око 10–20 нм. Могу се произвести веће честице, али по цену монодисперзности и облика. У овој методи, врућа хлороауринска киселина се третира раствором натријум цитрата, чиме се добија колоидно злато. Туркевичева реакција се одвија формирањем пролазних златних наножица. Ове златне наножице су одговорне за тамни изглед реакционог раствора пре него што постане рубин-црвен.
Фуентес-Гарсија и др. (2020), који је сонохемијски синтетизовао наночестице злата, извештавају да је изводљиво произвести наночестице злата са високом интеракцијом апсорпције користећи ултразвук као једини извор енергије, смањујући лабораторијске захтеве и контролишући својства модификујући једноставне параметре.
Лее ет ал. (2012) су показали да је ултразвучна енергија кључни параметар за производњу сферичних златних наночестица (АуНП) подесивих величина од 20 до 50 нм. Соносинтеза путем редукције натријум цитрата производи монодисперзне сферне наночестице злата у воденом раствору у атмосферским условима.
Метода Туркевич-Френс помоћу ултразвука
Модификација горе описаног пута реакције је Туркевич-Френсова метода, која представља једноставан процес у више корака за синтезу наночестица злата. Ултразвук промовише Туркевич-Френсов реакциони пут на исти начин као Туркевич рута. Почетни корак Туркевич-Френсовог процеса у више корака, где се реакције одвијају у серији и паралелно, је оксидација цитрата која даје дикарбокси ацетон. Затим се аурична со редукује у ауричну со и Ау0, а аурозна со се саставља на Ау0 атома да формирају АуНП (погледајте шему испод).
То значи да дикарбокси ацетон који је резултат оксидације цитрата, а не самог цитрата, делује као стварни стабилизатор АуНП у Туркевицх-Френс реакцији. Цитратна со додатно модификује пХ система, што утиче на величину и расподелу величине златних наночестица (АуНПс). Ови услови Туркевич-Френсове реакције производе скоро монодисперзне наночестице злата са величином честица између 20 и 40 нм. Тачна величина честица може бити модификована варијацијом пХ раствора као и ултразвучним параметрима. АуНП-ови стабилизовани цитратом су увек већи од 10 нм, због ограничене редукционе способности тринатријум цитрат дихидрата. Међутим, користећи Д2О као растварач уместо Х2О током синтезе АуНП-а омогућава да се синтетишу АуНП са величином честица од 5 нм. Како додатак Д2О повећава редукциону снагу цитрата, комбинација Д2О и Ц6Х9На3О9. (уп. Зхао ет ал., 2013)

Сонохемијски инлине реактори омогућавају прецизно контролисану синтезу наночестица (нпр. АуНП) на индустријском нивоу. На слици су приказана два ултрасоникатора УИП1000хдТ (1кВ, 20кХз) са проточним ћелијама.
Протокол за сонохемијски пут Туркевич-Френс
Да би се синтетизовале наночестице злата у поступку одоздо према горе методом Туркевич-Френс, 50 мЛ хлороауринске киселине (ХАуЦл4), 0,025 мМ се сипа у стаклену чашу од 100 мЛ, у коју се ставља 1 мЛ 1,5% (в/в) воденог раствора тринатријум цитрата (На3Цт) се додаје ултразвуком на собној температури. Ултразвук је изведен на 60В, 150В и 210В. Затим3Цт/ХАуЦл4 однос који се користи у узорцима је 3:1 (в/в). После ултразвучне обраде, колоидни раствори су показали различите боје, љубичасту за 60 В и рубин-црвену за узорке од 150 и 210 В. Мање величине и сферичнији кластери златних наночестица су произведени повећањем снаге соникације, у складу са структурном карактеризацијом. Фуентес-Гарсија и др. (2021) у својим истраживањима показују снажан утицај повећања ултразвучне обраде на величину честица, полиедарску структуру и оптичка својства сонохемијски синтетизованих наночестица злата и кинетику реакције за њихово формирање. И једно и друго, наночестице злата величине 16 нм и 12 нм могу се произвести прилагођеном сонохемијском процедуром. (Фуентес-Гарсија ет ал., 2021.)

Реактор са ултразвучним мешањем са ултразвучним апаратом УП200Ст за појачану синтезу наночестица (соносинтеза).
Сонолиза наночестица злата
Друга метода за експериментално генерисање златних честица је сонолиза, где се ултразвук примењује за синтезу златних честица пречника испод 10 нм. У зависности од реагенса, сонолитичка реакција се може изводити на различите начине. На пример, соникација воденог раствора ХАуЦл4 са глукозом, хидроксилни радикали и радикали пиролизе шећера делују као редукциони агенси. Ови радикали се формирају у међуфазној области између колапсирајућих шупљина створених интензивним ултразвуком и воде. Морфологија златних наноструктура су нанотраке ширине 30–50 нм и дужине од неколико микрометара. Ове траке су веома флексибилне и могу се савијати под угловима већим од 90°. Када се глукоза замени циклодекстрином, олигомером глукозе, добијају се само сферичне честице злата, што сугерише да је глукоза неопходна у усмеравању морфологије ка врпци.
Пример протокола за сонохемијску синтезу нано-злата
Прекурсорски материјали који се користе за синтезу АуНП-ова обложених цитратом укључују ХАуЦл4, натријум цитрат и дестиловану воду. У циљу припреме узорка, први корак је укључивао растварање ХАуЦл4 у дестилованој води са концентрацијом од 0,03 М. Затим је раствор ХАуЦл4 (2 мЛ) додат у капима у 20 мЛ воденог 0,03 М раствора натријум цитрата. Током фазе мешања, ултразвучна сонда високе густине (20 кХз) са ултразвучном сиреном је уметнута у раствор на 5 минута при снази сондирања од 17,9 В·цм.2
(уп. Дхабеи ат ал. 2020)
Синтеза златних нанопојаса коришћењем соникације
Појединачни кристални нанопојаси (погледајте ТЕМ слику лево) могу се синтетизовати соникацијом воденог раствора ХАуЦл4 у присуству α-Д-глукозе као реагенса. Сонохемијски синтетисани златни нанопојаси показују просечну ширину од 30 до 50 нм и дужину од неколико микрометара. Ултразвучна реакција за производњу златних нанопојаса је једноставна, брза и избегава употребу токсичних супстанци. (уп. Зханг ет ал, 2006)
Сурфактанти који утичу на сонохемијску синтезу златних НП
Примена интензивног ултразвука на хемијске реакције иницира и промовише конверзију и приносе. Да би се добила уједначена величина честица и одређени циљани облици / морфологије, избор сурфактаната је критичан фактор. Додавање алкохола такође помаже у контроли облика и величине честица. На пример, у присуству ад-глукозе, главне реакције у процесу сонолизе воденог ХАуЦл4 као што је приказано у следећим једначинама (1-4):
(1) Х2 O —> H∙ + OH∙
(2) sugar —> pyrolysis radicals
(3) А
(4) нАу0 —> AuNP (nanobelts)
(уп. Зхао ет ал., 2014)

Поставка ултразвучног хемијског реактора МСР-4 са 4к Ултрасоникатори од 4кВ (укупне снаге ултразвука 16кВ) за индустријске производне процесе.
Снага ултразвучних апарата типа сонде
Ултразвучне сонде или сонотроде (који се називају и ултразвучни рогови) испоручују ултразвук високог интензитета и акустичну кавитацију у веома фокусираном облику у хемијска решења. Овај прецизно контролисан и ефикасан пренос ултразвука снаге омогућава поуздане, прецизно контролисане и поновљиве услове, где се путеви хемијске реакције могу покренути, интензивирати и пребацити. Насупрот томе, ултразвучна купка (позната и као ултразвучни чистач или резервоар) испоручује ултразвук са веома малом густином снаге и насумично насталим кавитационим тачкама у велику запремину течности. Ово чини ултразвучне купке непоузданим за било какве сонохемијске реакције.
„Ултразвучне купке за чишћење имају густину снаге која одговара малом проценту оне коју генерише ултразвучна сирена. Употреба купатила за чишћење у сонохемији је ограничена, с обзиром да се не постиже увек потпуно хомогена величина честица и морфологија. То је због физичких ефеката ултразвука на процесе нуклеације и раста." (Гонзалез-Мендоза и др. 2015.)
- једноставна реакција у једном лонцу
- висока ефикасност
- Сафе
- брз процес
- ниске цене
- линеарна скалабилност
- еколошки прихватљива, зелена хемија
Ултрасоникатори високих перформанси за синтезу наночестица злата
Хиелсцхер Ултрасоницс испоручује моћне и поуздане ултразвучне процесоре за сонохемијску синтезу (соно-синтезу) наночестица као што су злато и друге наноструктуре племенитих метала. Ултразвучно мешање и дисперзија повећава пренос масе у хетерогеним системима и промовише влажење и накнадну нуклеацију атомских кластера како би се исталожиле наночестице. Ултразвучна синтеза нано-честица је једноставна, исплатива, биокомпатибилна, поновљива, брза и сигурна метода.
Хиелсцхер Ултрасоницс испоручује моћне и прецизно контролисане ултразвучне процесоре за формирање структура нано величине као што су наношире, наношипке, наноремене, нано-траке, нанокластери, честице језгра-љуске итд.
Прочитајте више о ултразвучној синтези магнетних наночестица!
Наши купци цене паметне карактеристике Хиелсцхер дигиталних уређаја, који су опремљени интелигентним софтвером, екраном на додир у боји, аутоматским протоколом података на уграђеној СД картици и имају интуитиван мени за лак и безбедан рад.
Покривајући комплетан опсег снаге од 50 вати ручних ултразвучних апарата за лабораторију до 16.000 вати моћних индустријских ултразвучних система, Хиелсцхер има идеално ултразвучно подешавање за вашу примену. Сонохемијска опрема за серијску и континуалну линијску производњу у проточним реакторима је лако доступна на било којој столној и индустријској величини. Робусност Хиелсцхер соникатора омогућава 24/7 рад у тешким условима иу захтевним окружењима.
Табела у наставку даје вам индикацију приближних капацитета обраде наших ултразвучних апарата:
Батцх Волуме | Проток | Препоручени уређаји |
---|---|---|
1 до 500 мл | 10 до 200 мл/мин | УП100Х |
10 до 2000 мл | 20 до 400 мл/мин | УП200Хт, УП400Ст |
0.1 до 20Л | 0.2 до 4Л/мин | УИП2000хдТ |
10 до 100 л | 2 до 10 л/мин | УИП4000хдТ |
на | 10 до 100 л/мин | УИП16000 |
на | већи | кластер оф УИП16000 |
Контактирајте нас! / Питајте нас!
Литература / Референце
- Pan, H.; Low, S;, Weerasuriya, N; Wang, B.; Shon, Y.-S. (2019): Morphological transformation of gold nanoparticles on graphene oxide: effects of capping ligands and surface interactions. Nano Convergence 6, 2; 2019.
- Fuentes-García, J.A.; Santoyo-Salzar, J.; Rangel-Cortes, E.; Goya, VG.;. Cardozo-Mata, F.; Pescador-Rojas, J.A. (2021): Effect of ultrasonic irradiation power on sonochemical synthesis of gold nanoparticles. Ultrasonics Sonochemistry, Volume 70, 2021.
- Dheyab, M.; Abdul Aziz, A.; Jameel, M.S.; Moradi Khaniabadi, P.; Oglat, A.A. (2020): Rapid Sonochemically-Assisted Synthesis of Highly Stable Gold Nanoparticles as Computed Tomography Contrast Agents. Appl. Sci. 2020, 10, 7020.
- Zhang, J.; Du, J.; Han, B.; Liu, Z.; Jiang, T.; Zhang, Z. (2006): Sonochemical formation of single-crystalline gold nanobelts. Angewandte Chemie, 45 (7), 2006. 1116-1119
- Bang, Jin Ho; Suslick, Kenneth (2010): Applications of Ultrasound to the Synthesis of Nanostructured Materials. Cheminform 41 (18), 2010.
- Hinman, J.J.; Suslick, K.S. (2017): Nanostructured Materials Synthesis Using Ultrasound. Topics in Current Chemistry Volume 375, 12, 2017.
- Zhao, Pengxiang; Li, Na; Astruc, Didier (2013): State of the art in gold nanoparticle synthesis. Coordination Chemistry Reviews, Volume 257, Issues 3–4, 2013. 638-665.

Хиелсцхер Ултрасоницс производи ултразвучне хомогенизаторе високих перформанси од лаб до индустријска величина.