การสังเคราะห์อนุภาคนาโนสีน้ำเงินปรัสเซียด้วยวิธีโซโน-อิเล็กโทรเคมิคัล

การสังเคราะห์ทางโซโน-อิเล็กโทรเคมีเป็นการผสมผสานหลักการทางอิเล็กโทรเคมีกับผลกระทบทางกายภาพของคลื่นเสียงความเข้มสูงเพื่อทำให้สามารถผลิตวัสดุนาโนได้อย่างควบคุม เช่น อนุภาคนาโนของสีน้ำเงินปรัสเซียเทคนิคไฮบริดนี้ใช้การเกิดโพรงเสียงอัลตราโซนิกเพื่อเพิ่มการขนส่งมวล, เริ่มความปั่นป่วนขนาดเล็กเฉพาะที่, และส่งเสริมการกำจัดชั้นก๊าซหรือชั้นที่เกิดการเฉื่อยอย่างรวดเร็วที่บริเวณอินเตอร์เฟซของอิเล็กโทรด ผลกระทบเหล่านี้เร่งอัตราการเกิดนิวเคลียส, ปรับปรุงการกระจายตัวของอนุภาค, และทำให้สามารถควบคุมขนาดและรูปร่างได้ดีขึ้นเมื่อเทียบกับการสังเคราะห์ทางเคมีไฟฟ้าแบบดั้งเดิม

สำหรับการสังเคราะห์สีน้ำเงินปรัสเซีย วิธีการโซโน-อิเล็กโทรเคมีช่วยอำนวยความสะดวกในการสร้างอนุภาคนาโนที่มีโครงสร้างผลึกสูงและขนาดสม่ำเสมอภายใต้สภาวะอ่อนโยน ทำให้เป็นวิธีการที่หลากหลายและสามารถปรับขนาดได้สำหรับการผลิตโครงสร้างนาโนที่มีฟังก์ชันสำหรับการใช้งานในด้านการตรวจจับ การเก็บพลังงาน และการเร่งปฏิกิริยา

โซโน-อิเล็กโทรเคมีในหลอดเหย่ง 50 มล.

หลักการการทำงานของโซโน-อิเล็กโทรเคมี

High-intensity, low-frequency ultrasound (typically 20–30 kHz) in liquids induces acoustic cavitation, i.e., the formation, growth, and implosive collapse of microbubbles. The collapse of these bubbles leads to localized extreme conditions–temperatures of up to ~5000 K, pressures exceeding 1000 atm, and heating/cooling rates >10⁹ K/s. These extreme micro-environments drive chemical transformations that are otherwise unattainable under ambient conditions.

เมื่ออัลตราซาวด์ถูกผสานกับเคมีไฟฟ้า ระบบจะได้รับประโยชน์จากหลาย ๆ ผลกระทบที่เสริมกัน:

• การขนส่งมวลที่เพิ่มขึ้น: การไหลของเสียงและไมโครเจ็ตช่วยส่งเสริมการส่งผ่านอย่างรวดเร็วของสารที่มีคุณสมบัติทางไฟฟ้าไปยังผิวหน้าของอิเล็กโทรด
• การกระตุ้นพื้นผิว: การกัดกร่อนทางกลของพื้นผิวอิเล็กโทรดจะกำจัดฟิล์มที่ป้องกันการกัดกร่อนและเพิ่มจุดเริ่มต้นสำหรับการเติบโตของอนุภาคนาโน
• การกำจัดก๊าซ อัลตราซาวด์ช่วยขจัดฟองไฮโดรเจนหรือออกซิเจนที่เกิดขึ้นระหว่างการอิเล็กโทรลิซิส ทำให้การสัมผัสของขั้วไฟฟ้าเป็นไปอย่างมีประสิทธิภาพ
• การเกิดอิมัลชัน/การแขวนลอยในสถานที่ ช่วยในการกระจายตัวให้สม่ำเสมอของสารตั้งต้นและสารเจือปน

ผลกระทบที่เกิดจากการใช้คลื่นเสียงความถี่สูงเหล่านี้ช่วยส่งเสริมการสังเคราะห์โครงสร้างนาโนอย่างมีประสิทธิภาพ โดยที่รูปร่างและการกระจายขนาดขึ้นอยู่กับกระบวนการเกิดนิวเคลียสและการเจริญเติบโตอย่างมีนัยสำคัญ

เส้นทางตกตะกอนทางเคมีไฟฟ้า

การเกิดชั้นไฟฟ้าเคมีแบบคลาสสิกของ PB เกี่ยวข้องกับการรีดิวซ์ของ Fe³⁺ และสารประกอบเฮกซาไซยาโนเฟอเรต(III) หรือ (II)

ปฏิกิริยานี้สามารถเริ่มต้นได้ทางเคมีไฟฟ้าที่อิเล็กโทรดทำงาน ซึ่งสภาพแวดล้อมของค่า pH และรีดอกซ์ในบริเวณนั้นจะเอื้อต่อการตกตะกอนร่วมของ PB ลงบนพื้นผิวของอิเล็กโทรด

การกวนด้วยอิเล็กโทรดคู่ – ตามที่แสดงในกราฟิกด้านบนด้วยสอง เครื่องโซนิคเอเตอร์ Hielscher รุ่น UIP2000hdT ส่งกำลังได้สูงสุด 2000 วัตต์ต่ออิเล็กโทรด – ทำให้ทั้งแอโนดและแคโทดได้รับผลกระทบจากปรากฏการณ์คาวิเทชัน ส่งเสริมการสะสมตัวที่สม่ำเสมอและการกระจายตัวของอนุภาคทั่วทั้งปริมาตรของปฏิกิริยา

ผลของอัลตราซาวด์ต่อการสังเคราะห์สีน้ำเงินปรัสเซีย

เมื่ออัลตราซาวด์ถูกนำเข้าสู่เซลล์อิเล็กโทรเคมี:

• อัตราการเกิดนิวเคลียสเพิ่มขึ้น: เนื่องจากการขนส่งมวลอย่างรวดเร็ว ทำให้เกิดภาวะอิ่มตัวเกินในบริเวณใกล้ขั้วไฟฟ้า ส่งเสริมให้เกิดการเกิดนิวเคลียสแบบสม่ำเสมอ
• การกระจายอนุภาคนาโน: ฟองอากาศจากการเกิดคาวิเทชันรบกวนการเจริญเติบโตของกลุ่มอนุภาค ทำให้เกิดอนุภาคที่มีขนาดเล็กกว่าและมีขนาดใกล้เคียงกันมากขึ้น
• การก่อตัวของรากศัพท์ การเกิดโพรงอากาศเชิงอะคูสติกในน้ำก่อให้เกิดอนุมูลอิสระ •OH และ •H ซึ่งสามารถส่งผลอย่างละเอียดต่อเคมีรีดอกซ์และกระทบต่อสถานะออกซิเดชันของศูนย์เหล็ก

อิเล็กโทรดอัลตราโซนิกสำหรับการสังเคราะห์อนุภาคนาโนทางโซโน-อิเล็กโทรเคมี

การออกแบบนวัตกรรมของเครื่องอัลตราโซนิกแบบโพรบช่วยให้สามารถเปลี่ยนโซโนโทรดมาตรฐานให้กลายเป็นอิเล็กโทรดที่สั่นสะเทือนด้วยคลื่นเสียงความถี่สูงได้ ทำให้สามารถนำพลังงานเสียงไปใช้กับแอโนดหรือแคโทดได้โดยตรง วิธีการนี้ช่วยเพิ่มการเข้าถึงคลื่นเสียงความถี่สูงได้อย่างมีนัยสำคัญ และช่วยให้สามารถผสานเข้ากับระบบอิเล็กโทรเคมีที่มีอยู่ได้อย่างราบรื่น พร้อมความสามารถในการปรับขนาดจากห้องปฏิบัติการไปสู่การผลิตในเชิงอุตสาหกรรมได้อย่างง่ายดาย
ตรงกันข้ามกับการกำหนดค่าแบบดั้งเดิม – ซึ่งมีเพียงสารละลายอิเล็กโทรไลต์เท่านั้นที่ถูกทำให้เกิดการโซนิคระหว่างขั้วไฟฟ้าสองขั้วที่อยู่นิ่ง – การกวนด้วยอิเล็กโทรดโดยตรงให้ผลลัพธ์ที่เหนือกว่า นี่เป็นผลมาจากการขจัดเงาเสียงและการแพร่กระจายของคลื่นที่ไม่เหมาะสม ซึ่งมักจำกัดความเข้มของการเกิดโพรงอากาศที่พื้นผิวอิเล็กโทรดในการตั้งค่าทางอ้อม
การออกแบบแบบโมดูลาร์ช่วยให้สามารถกระตุ้นอัลตราโซนิกของขั้วไฟฟ้าทำงานหรือขั้วไฟฟ้าตรงข้ามได้อย่างอิสระ และผู้ใช้ยังคงควบคุมแรงดันไฟฟ้าและขั้วไฟฟ้าได้อย่างเต็มที่ในระหว่างการใช้งาน Hielscher Ultrasonics นำเสนอขั้วไฟฟ้าอัลตราโซนิกที่สามารถติดตั้งเพิ่มเติมได้ ซึ่งเข้ากันได้กับการตั้งค่าทางเคมีไฟฟ้าแบบมาตรฐาน รวมถึงเซลล์เคมีไฟฟ้าแบบปิดผนึกและเครื่องปฏิกรณ์เคมีไฟฟ้าแบบไหลผ่านประสิทธิภาพสูงสำหรับการพัฒนาขั้นตอนขั้นสูงและการทำงานอย่างต่อเนื่อง
อ่านเพิ่มเติม: https://www.hielscher.com/electro-sonication-ultrasonic-electrodes.htm
อ่านเพิ่มเติมเกี่ยวกับการตั้งค่าโซโน-อิเล็กโทรเคมีในอุตสาหกรรมโดยใช้เครื่องโซนิเคเตอร์รุ่น UIP2000hdT (2000 วัตต์)

การออกแบบ การผลิต และการให้คําปรึกษา – คุณภาพ ผลิตในประเทศเยอรมนี

เครื่องอัลตราโซนิก Hielscher เป็นที่รู้จักกันดีในด้านคุณภาพและมาตรฐานการออกแบบสูงสุด ความทนทานและใช้งานง่ายช่วยให้สามารถรวมเครื่องอัลตราโซนิกของเราเข้ากับโรงงานอุตสาหกรรมได้อย่างราบรื่น สภาพที่ขรุขระและสภาพแวดล้อมที่ต้องการสามารถจัดการได้ง่ายโดยเครื่องอัลตราโซนิกของ Hielscher

Hielscher Ultrasonics เป็น บริษัท ที่ได้รับการรับรองมาตรฐาน ISO และให้ความสําคัญเป็นพิเศษกับเครื่องอัลตราโซนิกประสิทธิภาพสูงที่มีเทคโนโลยีล้ําสมัยและเป็นมิตรกับผู้ใช้ แน่นอนว่าเครื่องอัลตราโซนิกของ Hielscher เป็นไปตามมาตรฐาน CE และตรงตามข้อกําหนดของ UL, CSA และ RoHs