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] —> Cu₄[Fe(CN)₆] + KN0₃

CuHCF-nanopartiklar syntetiseras med den metod som utvecklats av Bioni et al., 2007 [1]. Blandningen av 10 ml av 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, 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).

Ultraljudssonder och sonokemiska reaktorer för preussisk blå syntes

Hielscher Ultrasonics är länge erfarenhet tillverkare av högpresterande ultraljudsutrustning som används över hela världen i laboratorier och industriell produktion. Den sonokemiska syntesen och utfällningen av nanopartiklar och pigment är en krävande applikation som kräver ultraljudssonder med hög effekt som genererar konstanta amplituder. Alla Hielscher ultraljudsenheter är designade och tillverkade för att användas 24/7 under full belastning. Ultraljudsprocessorer finns tillgängliga från kompakta 50 watt laboratorium ultraljudsapparater till 16.000watt kraftfulla inline ultraljudssystem. Ett brett utbud av boosterhorn, sonotroder och flödesceller möjliggör individuell installation av ett sonokemiskt system i överensstämmelse med prekursorerna, vägen och slutprodukten.
Hielscher Ultrasonics tillverkar högpresterande ultraljudssonder som specifikt kan ställas in för att leverera hela spektrumet av mycket milda till mycket höga amplituder. Om din sonokemiska applikation kräver ovanliga specifikationer (t.ex. mycket höga temperaturer), finns anpassade ultraljudssonotroder tillgängliga. Robustheten hos Hielschers ultraljudsutrustning möjliggör 24/7 drift vid tung belastning och i krävande miljöer.

Sonokemisk batch- och inline-syntes

Hielscher ultraljudssonder kan användas för batch och kontinuerlig inline ultraljudsbehandling. Beroende på reaktionsvolym och reaktionshastighet kommer vi att rekommendera dig den mest lämpliga ultraljudsinställningen.

Ultraljudssonder och sono-reaktorer för alla volymer

Hielscher Ultrasonics produktsortiment täcker hela spektrumet av ultraljudsprocessorer från kompakta labb ultraljudsapparater över bänk-top och pilotsystem till fullt industriella ultraljudsprocessorer med kapacitet att bearbeta lastbilslaster per timme. Det kompletta produktsortimentet gör att vi kan erbjuda dig den mest lämpliga ultraljudsutrustningen för din vätska, processkapacitet och produktionsmål.

Exakt kontrollerbara amplituder för optimala resultat

Alla Hielscher ultraljudsprocessorer är exakt kontrollerbara och därmed pålitliga arbetshästar. Amplituden är en av de avgörande processparametrarna som påverkar effektiviteten och effektiviteten hos sonokemiskt och sonomekaniskt inducerade reaktioner. Alla Hielscher ultraljud’ processorer möjliggör exakt inställning av amplituden. Sonotrodes och boosterhorn är tillbehör som gör det möjligt att modifiera amplituden i ett ännu bredare intervall. Hielschers industriella ultraljudsprocessorer kan leverera mycket höga amplituder och leverera den ultraljudsintensitet som krävs för krävande applikationer. Amplituder på upp till 200 μm kan enkelt köras kontinuerligt i 24/7 drift.
Exakta amplitudinställningar och permanent övervakning av ultraljudsprocessparametrarna via smart programvara ger dig möjlighet att syntetisera dina preussiska blå nanokuber och hexacyanoferratanaloger under de mest effektiva ultraljudsförhållandena. Optimal ultraljudsbehandling för den mest effektiva syntesen av nanopartiklar!
Robustheten hos Hielschers ultraljudsutrustning möjliggör 24/7 drift vid tung belastning och i krävande miljöer. Detta gör Hielschers ultraljudsutrustning till ett pålitligt arbetsredskap som uppfyller dina sonokemiska processkrav.

Högsta kvalitet – Designad och tillverkad i Tyskland

Som ett familjeägt och familjeägt företag prioriterar Hielscher högsta kvalitetsstandarder för sina ultraljudsprocessorer. Alla ultraljudsapparater är utformade, tillverkade och grundligt testade i vårt huvudkontor i Teltow nära Berlin, Tyskland. Robustheten och tillförlitligheten hos Hielschers ultraljudsutrustning gör den till en arbetshäst i din produktion. 24/7 drift under full belastning och i krävande miljöer är en naturlig egenskap hos Hielschers högpresterande ultraljudssonder och reaktorer.

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