Ултразвучна синтеза борофена у индустријским размерама
Борофен, дводимензионални наноструктурирани дериват бора, може се ефикасно синтетизовати помоћу лаког и јефтиног ултразвучног пилинга. Ултразвучни пилинг течне фазе може се користити за производњу великих количина висококвалитетних нано листова борофена. Техника ултразвучног пилинга се широко користи за производњу 2Д наноматеријала (нпр. графен) и добро је позната по својим предностима висококвалитетних нано листова, високим приносима, брзом и лаком раду, као и укупној ефикасности.
Метода ултразвучног пилинга за припрему борофена
Ултразвучно вођен пилинг течне фазе се широко користи за припрему 2Д нано листова од различитих расутих прекурсора укључујући графит (графен), бор (борофен) између осталих. У поређењу са техником хемијског пилинга, ултразвучно потпомогнуто пилинг течне фазе се сматра стратегијом која више обећава за припрему 0Д и 2Д наноструктура као што су квантне тачке бора (БКД) и борофен. (уп. Ванг ет ал., 2021)
Шема лево приказује процес ултразвучног течног пилинга 2Д неколико слојева борофена (Студија и слика: ©Лин ет ал., 2021.)
Сонохемијски реактор опремљен а Индустријски ултразвучни процесор од 2000 вати УИП2000хдТ за велики пилинг борофеном.
Студије случаја ултразвучног пилинга борофеном
Ексфолијација и деламинација коришћењем снажног ултразвука у процесу течне фазе је широко проучавана и успешно примењена на борофен и друге деривате бора као што су квантне тачке бора, бор нитрид или магнезијум диборид.
α-борофен
У студији коју су спровели Гоктуна и Тасалтıн (2021), α борофен је припремљен помоћу лаког и јефтиног ултразвучног пилинга. Ултразвучно синтетизоване наноплоче борофена показују кристалну структуру α борофена.
Протокол: Микрочестице бора од 100 мг су соникиране у 100 мл ДМФ на 200 В (нпр. коришћењем УП200Ст са С26д14) током 4 сата у азоту (Н2) кабина са контролисаним протоком како би се спречила оксидација током процеса ултразвучног пилинга течне фазе. Раствор ексфолијираних честица бора је центрифугиран са 5000 о/мин и 12 000 о/мин у трајању од 15 мин, а затим је борофен пажљиво сакупљен и сушен у вакуум амбијенту 4 х на 50 °Ц. (уп. Гоктуна и Тасалтıн, 2021)
Шематска илустрација борофена са неколико слојева ексфолираних сондом уз помоћ ултразвучног процеса солвотермалног третмана.
Борофен са неколико слојева
Зханг ет ал. (2020) извештавају о технику пилинга са солвотермалном течном фазом ацетона, која омогућава производњу висококвалитетног борофена велике хоризонталне величине. Користећи ефекат бубрења ацетона, прекурсор бора у праху је прво навлажен у ацетону. Затим, навлажени прекурсор бора је даље солвотермички обрађен у ацетону на 200ºЦ, након чега је уследила соникација соникатором типа сонде на 225 В током 4 сата. Коначно је добијен борофен са неколико слојева бора и хоризонталне величине до 5,05 мм. Техника пилинга течне фазе уз помоћ ацетона солвотерми може се користити за припрему нано плоча бора великих хоризонталних величина и високог квалитета. (уп. Зханг ет ал., 2020)
Када се КСРД узорак ултразвучно ексфолијсаног борофена упореди са прекурсором бора, може се уочити сличан КСРД образац. Већина главних дифракционих пикова може се индексирати на б-ромбоедарски бор, што сугерише да је кристална структура скоро очувана пре и после третмана пилингом.
СЕМ слике ниске резолуције (а) и високе резолуције (б) борофена са неколико слојева добијене ултразвучним солвотермалним пилингом у ацетону
КСРД обрасци (а) и Раманови спектри (б) необрађеног бора и борофена са неколико слојева добијени ултразвучним солвотермалним пилингом уз помоћ сонде.
Сонохемијска синтеза квантних тачака бора
Хао ет ал. (2020) успешно су припремили велике и униформне кристалне полупроводничке борове квантне тачке (БКД) од експандираног праха бора у ацетонитрилу, високо поларном органском растварачу, користећи моћни ултразвучни апарат типа сонде (нпр. УП400Ст, УИП500хдТ или УИП1000хдТ). Синтетизоване квантне тачке бора са 2,46 ±0,4 нм бочне величине и 2,81 ±0,5 нм дебљине.
Протокол: У типичној припреми борових квантних тачака, 30 мг боровог праха је прво додато у балон са три грла, а затим је 15 мЛ ацетонитрила додато у боцу пре процеса ултразвучне обраде. Пилинг је изведен при излазној снази од 400 В (нпр УИП500хдТ), фреквенција 20кХз и ултразвучно време од 60 мин. Да би се избегло прегревање раствора током ултразвучне обраде, примењено је хлађење коришћењем леденог купатила или лабораторијског чилера на константној температури. Добијени раствор је центрифугиран на 1500 рпм током 60 мин. Супернатант који је садржао квантне тачке бора је нежно екстрахован. Сви експерименти су спроведени на собној температури. (уп. Хао ет ал., 2020)
У студији Ванг ет ал. (2021), истраживач припрема и квантне тачке бора користећи технику ултразвучног пилинга течне фазе. Добили су монодисперзну борову квантну тачку са уском дистрибуцијом величине, одличном дисперзибилношћу, високом стабилношћу у ИПА раствору и флуоресценцијом од две фотографије.
ТЕМ слике и одговарајућа расподела пречника БКД припремљених под различитим ултразвучним условима. ( а ) ТЕМ слика БКДс-2 синтетизоване на 400 В током 2 сата. ( б ) ТЕМ слика БКДс-3 синтетизоване на 550 В током 1 х. (ц) ТЕМ слика БКДс-3 синтетизована на 400 В током 4 сата. (д) Расподела пречника квантних тачака добијених из (а). (е) Расподела пречника квантних тачака добијених из (б). (ф) Расподела пречника квантних тачака добијених из (ц).
Ултразвучни пилинг нано листова магнезијум диборида
Процес пилинга је спроведен суспендовањем 450мг магнезијум диборида
(МгБ2) прах (приближно 100 месх величине? 149 микрона) у 150 мл воде и излагање ултразвучном зрачењу 30 минута. Ултразвучни пилинг се може извести ултразвучним апаратом типа сонде као што је УП200Хт или УП400Ст са амплитудом од 30% и циклусним режимом од 10 секунди он/офф импулса. Ултразвучни пилинг резултира тамно црном суспензијом. Црна боја се може приписати боји нетакнутог МгБ2 праха.
Брза секвенца (од а до ф) рамова која илуструје соно-механичко пилинг графитне пахуљице у води помоћу УП200С, ултразвучни апарат од 200В са сонотродом од 3 мм. Стрелице показују место цепања (пилинга) са кавитационим мехурићима који продиру у расцеп.
Снажни ултразвучни апарати за пилинг борофена у било којој мери
Хиелсцхер Ултрасоницс дизајнира, производи и дистрибуира робусне и поуздане ултрасоникаторе било које величине. Од компактних лабораторијских ултразвучних уређаја до индустријских ултразвучних сонди и реактора, Хиелсцхер има идеалан ултразвучни систем за ваш процес. Са дугогодишњим искуством у апликацијама као што су синтеза наноматеријала и дисперзија, наше добро обучено особље ће вам препоручити најприкладније подешавање за потребе ипоур. Хиелсцхер индустријски ултразвучни процесори су познати као поуздани радни коњи у индустријским објектима. Способни да испоруче веома високе амплитуде, Хиелсцхер ултрасоникатори су идеални за апликације високих перформанси као што су пилинг борофена или графена, као и дисперзије наноматеријала. Амплитуде до 200 µм могу се лако радити у континуитету у раду 24/7. За још веће амплитуде, доступне су прилагођене ултразвучне сонотроде.
Сва опрема је пројектована и произведена у нашем седишту у Немачкој. Пре испоруке купцу, сваки ултразвучни уређај се пажљиво тестира под пуним оптерећењем. Тежимо задовољству купаца и наша производња је структурисана тако да испуни највиши ниво обезбеђења квалитета (нпр. ИСО сертификат).
- висока ефикасност
- најсавременија технологија
- поузданост & робусност
- батцх & у реду
- за било коју запремину
- интелигентни софтвер
- паметне функције (нпр. протоколирање података)
- ЦИП (чишћење на месту)
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!
Хиелсцхер Ултрасоницс производи ултразвучне хомогенизаторе високих перформанси за апликације за мешање, дисперзију, емулзификацију и екстракцију у лабораторијским, пилотским и индустријским размерама.
Литература? Референце
- 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 које вреди знати
борофен
Борофен је кристални атомски монослој бора, односно, он је дводимензионални алотроп бора (који се назива и нанолист бора). Његове јединствене физичке и хемијске карактеристике претварају борофен у вредан материјал за бројне индустријске примене.
Borophene’s exceptional physical and chemical properties include unique mechanical, thermal, electronic, optical and superconducting facets.
Ово отвара могућности за употребу борофена за примену у јонским батеријама алкалних метала, Ли-С батеријама, складиштењу водоника, суперкондензаторима, редукцији и еволуцији кисеоника, као и реакцији електроредукције ЦО2. Посебно велико интересовање је за борофен као анодни материјал за батерије и као материјал за складиштење водоника. Због високих теоријских специфичних капацитета, електронске проводљивости и својстава транспорта јона, борофен се квалификује као одличан анодни материјал за батерије. Због високог капацитета адсорпције водоника на борофен, нуди велики потенцијал за складиштење водоника – са капацитетом од преко 15% његове тежине.
Борофен за складиштење водоника
Дводимензионални (2Д) материјали на бази бора добијају велику пажњу као Х2 медијум за складиштење због ниске атомске масе бора и стабилности украшавања алкалних метала на површини, који побољшавају интеракцију са Х2. Дводимензионални борофен нано листови, који се лако могу синтетизовати коришћењем ултразвучног пилинга течне фазе, као што је горе описано, показали су добар афинитет за различите атоме за украшавање метала, у којима може доћи до груписања атома метала. Коришћењем разних металних украса, као што су Ли, На, Ца и Ти на различитим полиморфима борофена, добијене су импресивне гравиметријске густине Х2 у распону од 6 до 15 теж%, што премашује захтеве америчког министарства за енергију (ДОЕ) за складиштење на броду од 6,5 теж% Х2. (уп. Хабиби ет ал., 2021)
Хиелсцхер Ултрасоницс производи ултразвучне хомогенизаторе високих перформанси од лаб до индустријска величина.