Ultraljud våtutfällning av preussiska blå nanokuber

Preussisk blå eller järnhexacyanoferrat är ett nanostrukturerat metallorganiskt ramverk (MOF), som används vid tillverkning av natriumjonbatterier, biomedicin, bläck och elektronik. Ultraljud våtkemisk syntes är effektiv, pålitlig och snabb väg för att producera preussiska blå nanokuber och preussiska blå analoger såsom kopparhexacyanoferrat och nickelhexacyanoferrat. Ultraljudsutfällda preussiska blå nanopartiklar kännetecknas av smal partikelstorleksfördelning, monodispersitet och hög funktionalitet.

Preussiskt blått och hexacyanoferratanaloger

Preussiskt blått eller järnhexacyanoferrat används i stor utsträckning som ett funktionellt material för att designa elektrokemiska tillämpningar och för att tillverka kemiska sensorer, elektrokroma displayer, bläck och beläggningar, batterier (natriumjonbatterier), kondensatorer och superkondensatorer, katjonlagringsmaterial som för H+ eller Cs+, katalysatorer, teranostiker och andra. På grund av sin goda redoxaktivitet och höga elektrokemiska stabilitet är Preussiskt blått en metallorganisk ramstruktur (MOF) som används i stor utsträckning för elektrodmodifiering.
Förutom olika andra tillämpningar används preussiskt blått och dess analoger kopparhexacyanoferrat och nickelhexacyanoferrat som färgbläck av blå, röd respektive gul färg.
En stor fördel med preussiska blå nanopartiklar är deras säkerhet. Preussiskt blå nanopartiklar är helt biologiskt nedbrytbara, biokompatibla och godkända av FDA för medicinska tillämpningar.

Sonokemisk syntes av preussiska blå nanokuber

Syntesen av preussiska blå / hexacyanoferritnanopartiklar är en reaktion av heterogen våtkemisk utfällning. För att erhålla nanopartiklar med en smal partikelstorleksfördelning och monodispersitet krävs en tillförlitlig utfällningsväg. Ultraljud precicipitation är välkänt för tillförlitlig, effektiv och enkel syntes av högkvalitativa nanopartiklar och pigment som magnetit, zinkmolybdat, zinkfosfomolybdat, olika kärnskal nanopartiklar etc.

Våtkemiska syntesvägar för preussiska blå nanopartiklar

Den sonokemiska vägen för preussisk blå nanopartikelsyntes är effektiv, enkel, snabb och miljövänlig. Ultraljudsutfällning ger resultat i högkvalitativa preussiska blå nanokuber, som kännetecknas av enhetlig liten storlek (ca 5nm), smal storleksfördelning och monodispersitet.
Prussian Blue nanopartiklar kan syntetiseras via olika utfällningsvägar med eller utan polymera stabilisatorer.
Genom att undvika användning av en stabiliserande polymer kan preussiska blå nanokuber fällas ut helt enkelt genom att ultraljudsblanda FeCl₃ och K₃[Fe(CN)₆] i närvaro av H₂O₂.
Användningen av sonokemi i denna typ av syntes hjälpte till att erhålla mindre nanopartiklar (dvs. 5 nm i storlek istället för en storlek på ≈50 nm erhållen utan ultraljudsbehandling). (Dacarro et al. 2018)

Fallstudier av ultraljud preussisk blå syntes

Generellt, Preussiska blå nanopartiklar syntetiseras genom att använda ultraljudsmetod.
I denna teknik, 0,05 M lösning av K₄[Fe(CN)₆] tillsätts till 100 ml saltsyralösning på (0,1 mol/l). Den resulterande K₄[Fe(CN)₆] vattenlösning hålls vid 40ºC i 5 timmar medan lösningen sonikeras och får sedan svalna vid rumstemperatur. Den erhållna blå produkten filtreras och tvättas upprepade gånger med destillerat vatten och absolut etanol och torkas slutligen i en vakuumugn vid 25ºC i 12 timmar.

Hexacyanoferritanalogen kopparhexacyanoferrit (CuHCF) syntetiserades via följande väg:
CuHCF-nanopartiklarna syntetiserades enligt följande ekvation:
Cu(NEJ₃)₃ + K₄[Fe(CN)₆] –> Med₄[Fe(CN)₆] + KN0₃

CuHCF-nanopartiklar framställs med hjälp av den metod som utvecklats av Bioni m.fl., 2007. Blandningen består av 10 ml av en lösning med en koncentration på 20 mmol/L^-1 K₃[Fe(CN)₆] + 0,1 mol L^-1 KCl-lösning med 10 ml 20 mmol L^-1 CuCl₂ + 0,1 mol L^-1 KCl, i en ultraljudskolv. Blandningen bestrålas sedan med ultraljudsstrålning med hög intensitet under 60 minuter, med hjälp av ett titanhorn med direkt nedsänkning (20 kHz, 10 Wcm)^-1) som doppades till ett djup av 1 cm i lösningen. Under blandningen observeras utseendet på en ljusbrun avlagring. Denna dispersion dialyseras under 3 dagar för att erhålla en mycket stabil, ljusbrun dispersion.
(jfr Jassal et al. 2015)

Wu et al. (2006) syntetiserade preussiska blå nanopartiklar via sonokemisk väg från K₄[Fe(CN)₆], där Fe2+ producerades genom sönderdelning av [FeII(CN)6]4− genom ultraljudsbestrålning i saltsyra; den Fe²⁺ oxiderades till Fe³⁺ att reagera med återstående [FeII(CN)₆]4− joner. Forskargruppen drog slutsatsen att den enhetliga storleksfördelningen av syntetiserade preussiska blå nanokuber orsakas av effekterna ultraljud. FE-SEM-bilden till vänster visar sonokemiskt syntetiserade nanokuber av järnhexacyanoferrater av Wus forskargrupp.

Storskalig syntes: För att framställa PB-nanopartiklar i stor skala används PVP (250 g) och K₃[Fe(CN)₆] (19,8 g) tillsattes till 2 000 ml HCl-lösning (1 M). Lösningen sonikerades tills den var klar och placerades sedan i en ugn vid 80 °C för att uppnå en åldringsreaktion i 20–24 timmar. Blandningen centrifugerades sedan vid 20 000 rpm i 2 timmar för insamling av PB-nanopartiklar. (Säkerhetsanvisning: För att driva ut eventuell HCN som skapats bör reaktionen utföras i ett dragskåp).

Sono-elektrokemisk syntes av preussiskt blått

En annan mycket effektiv syntesmetod för preussiskt blått är den sonoelektrokemiska metoden, som på ett synergistiskt sätt kombinerar elektrokemisk avsättning med högintensivt ultraljud. Denna metod förbättrar massöverföringen, påskyndar kärnbildningskinetiken och främjar en jämn bildning av nanopartiklar genom kavitationsinducerad mikroblandning och ytaktivering. Detta gör den sonoelektrokemiska syntesen av preussiskt blått till en pålitlig metod för industriell produktion av preussiskt blått i nanoskala.
Läs mer om den sonoelektrokemiska anordningen för syntes av preussiskt blått!

Ultraljudssonder och sonokemiska reaktorer för preussisk blå syntes

Hielscher Ultrasonics är en tillverkare med mångårig erfarenhet av högpresterande ultraljudsenheter som används världen över i forskningslaboratorier och inom industriell produktion. Sonokemisk syntes och utfällning av nanopartiklar och pigment är en krävande tillämpning som kräver kraftfulla ultraljudssonder som genererar konstanta amplituder. Alla Hielschers ultraljudsenheter är konstruerade och tillverkade för att kunna köras dygnet runt under full belastning. Ultraljudsprocessorer finns i allt från kompakta 50-watts ultraljudssonder till kraftfulla 16 000-watts inline-ultraljudsreaktorer. Ett brett utbud av förstärkningshorn, sonotroder och flödesceller möjliggör individuell konfiguration av ett sonokemiskt system anpassat efter utgångsmaterial, processväg och slutprodukt.

sonokemisk syntes – Batch- eller inline-bearbetning anpassad efter dina behov

Hielschers ultraljudssonder kan användas för både satsvis och kontinuerlig inline-ultraljudsbehandling. Beroende på reaktionsvolym och reaktionshastighet rekommenderar vi den ultraljudskonfiguration som passar bäst för just dina behov. Våra ultraljudsenheter för laboratorie-, bänk-, pilot- och fullskalig industriell användning möjliggör bearbetning av alla volymer.

Högsta kvalitetsstandarder – Designad och tillverkad i Tyskland

Som ett familjeägt och familjedrivet företag prioriterar Hielscher de högsta kvalitetsstandarderna för sina ultraljudsprocessorer. Alla ultraljudsenheter konstrueras, tillverkas och testas noggrant vid vårt huvudkontor i Teltow nära Berlin, Tyskland. Robustheten och tillförlitligheten hos Hielschers ultraljudsutrustning gör den till en riktig arbetshäst i er produktion. Drift dygnet runt under full belastning och i krävande miljöer är ett naturligt kännetecken för Hielschers högpresterande ultraljudssonder och reaktorer.

Tabellen nedan ger dig en indikation på den ungefärliga bearbetningskapaciteten hos våra ultraljudsapparater: