Ultrazvučna Borophene sinteza na industrijskoj skali
Borophene, dvodimenzionalni nanostrukturisani derivat bora, može se efikasno sintetizovati putem facile i niskobudžetne ultrazvučne eksfolijacije. Ultrazvučna eksfolijacija u tečnoj fazi može se koristiti za proizvodnju velikih količina nanosheta visokog kvaliteta borophene. Tehnika ultrazvučne eksfolijacije se naširoko koristi za proizvodnju 2D nanomaterijala (npr. grafena) i dobro je poznata po prednostima visokokvalitetnih nanosheta, visokih prinosa, brzog i facile rada, kao i ukupne efikasnosti.
Metod ultrazvučne eksfolijacije za Borophene pripremu
Ultrasonično vođena eksfolijacija u tečnoj fazi se široko koristi za pripremu 2D nanosheta od raznih masovnih prekursora, uključujući grafit (grafen), boron (borophene) između ostalog. U poređenju sa tehnikom hemijske eksfolijacije, ultrasonično potpomognuta eksfolijacija u tečnoj fazi smatra se obećavajućom strategijom pripreme 0D i 2D nanostruktura kao što su borske kvantne tačke (BQDs) i borophene. (cf. Wang et al., 2021)
Ostavljena šema pokazuje ultrazvučni proces eksfolijacije tečnosti niske temperature od 2D maloslojnih borophene posteljine. (Studija i slika: ©Lin et al., 2021.)
Sonohemijski reaktor opremljen 2000 vati industrijski ultrazvučni procesor UIP2000hdT za velike razmere borophene eksfolijacije.
Case Studies of Ultrasonic Borophene Exfoliation
Eksfolijacija i delaminacija pomoću ultrazvuka snage u procesu tečne faze je naširoko proučavana i uspešno primenjena na borophene i druge boronske derivate kao što su boronske kvantne tačke, bor nitrid ili magnezijum diborid.
α-Borophene
U studiji koju su izveli Göktuna i Taşaltın (2021), α borophene je pripremljen putem facile i niskobudžetne ultrazvučne eksfolijacije. Ultrasonično sintetisani borophene nanosheets izlažu α kristalnu strukturu Borophene.
Protokol: 100 mg boron mikročestica je sonicirano u 100 ml DMF na 200 W (npr. koristeći UP200St sa S26d14) za 4h u azotu (N2) kontrolisana kabina protoka kako bi se sprečila oksidacija tokom ultrazvučnog procesa eksfolijacije u fazi tečnosti. Rastvor eksfoliranih borovih čestica je centrifugiran sa 5000 rpm i 12.000 rpm za 15 min, zatim borophene pažljivo sakupljen i osušen u vakuumskom ambijentu za 4h na 50ºC. (cf. Göktuna i Taşaltın, 2021)
Šematska ilustracija borophene sa malo slojeva eksfoliranih sondom ultrazvučnim procesom solvotermalnog lečenja.
Studija i slika: ©Zhang et al., 2020
Maloslojni Borophene
Zhang et al. (2020) report an acetone solvothermal liquid phase exfoliation technique, which allows for the production of high quality borophene with large horizontal size. Koristeći oticanje acetona, prekursor borovog praha je prvi put mokao u acetonu. Zatim, mokrog bora preteča je dodatno solvotermalno tretirana u acetonu na 200ºC, nakon čega je usledila sonicija sa sononikatorom tipa soniktor na 225 W za 4h. Borophene sa par slojeva bora i horizontalnom veličinom do 5,05 mm je konačno dobijen. Tehnika eksfolijacije acetona uz pomoć solvotermalne faze može se koristiti za pripremu borovih nanosheta velikih horizontalnih veličina i visokog kvaliteta. (cf. Zhang et al., 2020)
Kada se XRD obrazac ultrazvučno eksfoliranog borofena uporedi sa pretečom masovnog bora, može se primetiti sličan XRD obrazac. Većina glavnih vrhova difrakcije može da se indeksira na b-rhombohedralni boron, sugerišući da je kristalna struktura skoro očuvana pre i posle tretmana eksfolijacije.
SEM slike sa niskom rezolucijom (a) i visokom rezolucijom (b) borofena sa malo slojeva dobijenih ultrasonično potpomognutim solvotermalnim eksfolijacijom u acetonu
Studija i slika: ©Zhang et al., 2020
XRD šare (a) i Raman spektra (b) nelečenog masovnog bora i borofena sa malo slojeva dobijenih sondom ultrazvučnom asistiranom solvotermalnom eksfolijanacijom.
Studija i slika: ©Zhang et al., 2020
Sonochemical Synthesis of Boron Quantum Dots
Hao et al. (2020) uspešno pripremljen veliki i ujednačeni kristalni poluprovodnik boron kvantne tačke (BQDs) od proširenog borskog praha u acetonitrilu, visoko polarni organski rastvarač, koristeći moćan ultrazvučni tip sonde (npr. УП400Ст, УИП500хдТ или УИП1000хдТ). Sintetisane borove kvantne tačke sa 2,46 ±0,4 nm u lateralnoj veličini i 2,81 ±0,5 nm u debljini.
Protokol: U tipičnoj pripremi borovih kvantnih tačkica, 30 mg borskog praha je prvo dodato u pljosku sa tri vrata, a zatim je 15 mL acetonitrila dodato u bocu pre procesa ultrazvučnosti. Eksfolijacija je izvršena na izlaznoj snazi od 400 W (npr. УИП500хдТ), frekvencija od 20kHz i ultrazvučno vreme od 60 min. Da bi se izbeglo prejedanje rastvora tokom ultrazvučnosti, za konstantnu temperaturu primenjeno je hlađenje pomoću ledene kupke ili laboratorijskog čilera. Rezultujuće rešenje je centrifugirano u 15:00 časova za 60 min. Supernatant je sadržao borove kvantne tačke, izvađen je nežno. Svi eksperimenti su sprovedeni na sobnoj temperaturi. (cf. Hao et al., 2020)
U studiji Wang et al. (2021), istraživač priprema boronske kvantne tačke koristeći tehniku eksfolijacije ultrazvučne faze tečnosti, takođe. Oni su dobili monodispersed boron kvantnu tačka sa uskom raspodelom veličine, odličnom disperzibilnošću, visokom stabilnošću u IPA rastvoru i fluorescencijom sa dve fotografije.
TEM slike i odgovarajuća raspodela prečnika BQD-a pripremljena pod različitim ultrazvučnim uslovima. (a) TEM image of BQDs-2 synthesized at 400 W for 2 h. (b) TEM image of BQDs-3 synthesized at 550 W for 1 h. (c) TEM image of BQDs-3 synthesized at 400 W for 4 h. (d) Diameter distribution of the quantum dots acquired from (d) Diameter (e) Raspodela kvantnih tačkica stečenih od (b). (f) Raspodela kvantnih tačkica od (c).
Studija i slika: ©Hao et al., 2020
Ultrazvučna eksfolijacija magnezijuma Diboride Nanosheets
Proces eksfolijacije sproveden je obustavljanjem 450mg magnezijum diborida
(MgB2) prah (oko 100 mesh veličine / 149 mikrona) u 150 ml vode i izlažući ga ultrazvučnosti 30 minuta. Ultrazvučna eksfolijacija se može sprovesti ultrazvučnim ultrazvučnim tipom sonde kao što je УП200Хт или УП400Ст sa amplitude od 30% i ciklus modom od 10sec on/off pulsa. Ultrazvučna eksfolijacija rezultira tamno crnim vešanjem. Crna boja se može pripisati boji netaknutog MgB2 pudera.
Brza sekvenca (od a do f) okvira koji ilustruje sono-mehaničku eksfolijaciju grafitne pahuljice u vodi koristeći UP200S, ultrazvuk od 200W sa 3mm sonotrode. Strelice prikazuju mesto razdvajanja (eksfolijacije) sa mehurićima kavitacije koji prodiru u razdeljak.
© Tyurnina et al. 2020
Moćni ultrazvučnici za Borophene Eksfolijaciju u bilo kom obimu
Hielscher Ultrasonics dizajnira, proizvodi i distribuira robusne i pouzdane ultrazvučnike u bilo kojoj veličini. Od kompaktnih laboratorijskih ultrazvučnih uređaja do industrijskih ultrazvučnih sondi i reaktora, Hielscher ima idealan ultrazvučni sistem za vaš proces. Sa dugogodišnjim iskustvom u aplikacijama kao što su nanomaterijska sinteza i disperzija, naše dobro obučeno osoblje će vam preporučiti najpogodnije podešavanje za vaše zahteve. Hielscher industrijski ultrazvučni procesori poznati su kao pouzdani radni konji u industrijskim objektima. Sposobni da isporuče veoma visoke amplitude, Hielscher ultrazvučni su idealni za aplikacije visokih performansi kao što su borophene ili graphene exfoliation kao i nanomaterijska disperzija. Amplitude do 200μm se mogu lako neprekidno pokrenuti u 24/7 operaciji. Za još veće amplitude dostupni su prilagođeni ultrazvučni sonotrodi.
Sva oprema je projektovana i proizvedena u našem sedištu u Nemačkoj. Pre isporuke kupcu, svaki ultrazvučni uređaj se pažljivo testira pod punim opterećenjem. Težimo zadovoljstvu kupaca i naša proizvodnja je strukturirana tako da ispunjava najvišu garanciju kvaliteta (npr. ISO sertifikacija).
- висока ефикасност
- Najmodnišna tehnologija
- Pouzdanost & robusnosti
- grupnu obradu & Umetnute
- za bilo koji volumen
- inteligentan softver
- pametne funkcije (npr. protokolarstvo podataka)
- CIP (čisto na mestu)
Табела испод показује приближни капацитет обраде наших ултразвучних уређаја:
| батцх tom | Проток | Препоручени уређаји |
|---|---|---|
| 1 до 500 мл | 10 до 200мЛ / мин | УП100Х |
| 10 до 2000мЛ | 20 до 400мЛ / мин | УП200Хт, УП400Ст |
| 0.1 до 20Л | 0.2 до 4Л / мин | УИП2000хдТ |
| 10 до 100Л | 2 до 10Л / мин | UIP4000hdT |
| Н.А. | 10 до 100Л / мин | УИП16000 |
| Н.А. | веће | кластер УИП16000 |
Контактирајте нас! / Питајте нас!
Hielscher Ultrasonics proizvodi ultrazvučne homogenizatore visokih performansi za mešanje aplikacija, raspršivanje, emulzifikaciju i vađenje na laboratorijskoj, pilotskoj i industrijskoj skali.
Literatura/reference
- 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.
Чињенице вреди знати
Borophene
Borophene je kristalni atomski monolajer bora, npr. Njegove jedinstvene fizičke i hemijske karakteristike pretvaraju borophene u vredan materijal za brojne industrijske primene.
Izuzetna fizička i hemijska svojstva Borofena uključuju jedinstvene mehaničke, termalne, elektronske, optičke i superprovodljive aspekte.
To otvara mogućnosti korišćenja borofena za primenu u alkalnim metalnim jonske baterije, Li-S baterijama, skladištenju vodonika, superkapatitoru, smanjenju kiseonika i evoluciji, kao i reakciji CO2 elektroredukcije. Posebno veliko interesovanje ide u borophene kao anodni materijal za baterije i kao materijal za skladištenje vodonika. Zbog visokih teorijskih specifičnih kapaciteta, elektronske provodljivosti i jonskih transportnih svojstava, borophene se kvalifikuje kao odličan anodni materijal za baterije. Zbog velikog adsorbtion kapaciteta vodonika za borophene, on nudi veliki potencijal za skladištenje vodonika – sa strož kapacitetom preko 15% njegove težine.
Borophene za skladištenje vodonika
Dvodimenzionalni (2D) materijali na bazi bora dobijaju mnogo pažnje kao H2 skladišni mediji zbog niske atomske mase bora i stabilnosti ukrašavanja alkalnih metala na površini, što pospešuje interakciju sa H2. Dvodimenzionalni borophene nanosheeti, koji se mogu lako sintetizovati korišćenjem ultrazvučne eksfolijacije u tečnoj fazi kao što je gore opisano, pokazali su dobar afinitet prema različitim atomima za ukrašavanje metala, u kojima može doći do grupisanja metalnih atoma. Koristeći mnoštvo metalnih ukrasa, kao što su Li, Na, Ca i Ti na različitim polimorfima borophena, dobijena je impresivna H2 gravimetrijska gustina u rasponu od 6 do 15 wt %, što premašuje zahtev američkog ministarstva energetike (DOE) za skladištenje 6,5wt% H2. (cf. Habibi et al., 2021)
Hielscher Ultrasonics proizvodi ultrazvučne homogenizatore visokih performansi od Лаб до industrijske veličine.