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 nanoparticles are synthesized by the method developed by Bioni et al., 2007. The mixture of 10 mL of 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.

Large-scale synthesis: to prepare PB nanoparticles on a large-scale, PVP (250 g) and 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-Electrochemical Synthesis of Prussian Blue

Another highly efficient synthesis technique for Prussian Blue is the sono-electrochemical route, which synergistically combines electrochemical deposition with high-intensity ultrasound. This method enhances mass transport, accelerates nucleation kinetics, and promotes uniform nanoparticle formation through cavitation-induced micro-mixing and surface activation. This makes the sono-electrochemical Prussian Blue synthesis a reliable pathway for the industrial production of nanoscale Prussian Blue.
Read more about the sono-electrochemical setup for Prussian Blue synthesis!

Ultraljudssonder och sonokemiska reaktorer för preussisk blå syntes

Hielscher Ultrasonics is long-termed experiences manufacturer of high-performance sonicators that are used worldwide in research laboratories and industrial production. The sonochemical synthesis and precipitation of nanoparticles and pigments is a demanding application that requires high-power ultrasonic probes which generate constant amplitudes. All Hielscher sonicators are designed and manufactured to be operated for 24/7 under full load. Ultrasonic processors are available from compact 50 watts ultrasonic probes to 16,000 watts powerful inline ultrasonic reactors. A wide variety of booster horns, sonotrodes and flow cells allow for the individual setup of an sonochemical system in correspondence to the precursors, pathway and final product.

sonokemisk syntes – Batch or Inline Tailored to Your Needs

Hielscher ultrasonic probes can be used for batch and continuous inline sonication. Depending on reaction volume and reaction speed, we will recommend you the most suitable ultrasonic setup. Lab, bench-top, pilot and fully-industrial sonicators allow the processing of any volume.

Högsta kvalitetsstandarder – Designad och tillverkad i Tyskland

As a family-owned and family-run business, Hielscher prioritizes highest quality standards for its ultrasonic processors. All ultrasonicators are designed, manufactured and thoroughly tested in our headquarter in Teltow near Berlin, Germany. Robustness and reliability of Hielscher ultrasonic equipment make it a work horse in your production. 24/7 operation under full load and in demanding environments is a natural characteristic of Hielscher high-performance ultrasonic probes and reactors.

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