อัลตราโซนิกเปียก-การตกตะกอนของนาโนบลูปรัสเซียน
ปรัสเซียนบลูหรือเหล็กเฮกซาไซยาโนเฟอเรตเป็นกรอบอินทรีย์โลหะที่มีโครงสร้างนาโน (MOF) ซึ่งใช้ในการผลิตแบตเตอรี่โซเดียมไอออน ชีวการแพทย์ หมึกพิมพ์ และอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ การสังเคราะห์ทางเคมีแบบเปียกอัลตราโซนิกเป็นเส้นทางที่มีประสิทธิภาพเชื่อถือได้และรวดเร็วในการผลิตนาโนคิวบลูปรัสเซียนและอะนาล็อกสีน้ําเงินปรัสเซียเช่นทองแดงเฮกซาไซยาโนเฟอเรตและนิกเกิลเฮกซาไซยาโนเฟเรต อนุภาคนาโน Prussian Blue ที่ตกตะกอนด้วยอัลตราโซนิกมีลักษณะการกระจายขนาดอนุภาคที่แคบการกระจายตัวแบบโมโนและฟังก์ชันการทํางานสูง
ปรัสเซียนบลูและเฮกซาไซยาโนเฟอเรตอะนาล็อก
ปรัสเซียนบลูหรือเหล็กเฮกซาไซยาโนเฟอเรตถูกนํามาใช้กันอย่างแพร่หลายเป็นวัสดุที่ใช้งานได้ในการออกแบบการใช้งานไฟฟ้าเคมีและในการผลิตเซ็นเซอร์เคมีจอแสดงผลอิเล็กโทรโครมิกหมึกและสารเคลือบแบตเตอรี่ (แบตเตอรี่โซเดียมไอออน) ตัวเก็บประจุและซุปเปอร์คาปาซิเตอร์วัสดุจัดเก็บไอออนบวกเช่นสําหรับ H + หรือ Cs + ตัวเร่งปฏิกิริยา theranostics และอื่น ๆ เนื่องจากฤทธิ์รีดอกซ์ที่ดีและเสถียรภาพทางเคมีไฟฟ้าสูง Prussian Blue จึงเป็นโครงสร้างกรอบโลหะอินทรีย์ (MOF) ที่ใช้กันอย่างแพร่หลายสําหรับการดัดแปลงอิเล็กโทรด
นอกเหนือจากการใช้งานอื่น ๆ แล้ว Prussian Blue และอะนาล็อกทองแดง hexacyanoferrate และนิกเกิล hexacyanoferrate ยังใช้เป็นหมึกสีสีน้ําเงิน สีแดง และสีเหลืองตามลําดับ
ข้อได้เปรียบอย่างมากของอนุภาคนาโน Prussian Blue คือความปลอดภัย อนุภาคนาโน Prussian Blue ย่อยสลายได้อย่างเต็มที่เข้ากันได้ทางชีวภาพและได้รับการอนุมัติจาก FDA สําหรับการใช้งานทางการแพทย์
เครื่องอัลตราโซนิก UIP2000hdT เป็นอุปกรณ์โซโนเคมีที่มีประสิทธิภาพสูงสำหรับการสังเคราะห์และการตกตะกอนของอนุภาคนาโน
การสังเคราะห์โซโนเคมีของนาโนคิวบลูปรัสเซียน
การสังเคราะห์อนุภาคนาโน Prussian Blue / hexacyanoferrite เป็นปฏิกิริยาของการตกตะกอนทางเคมีเปียกที่แตกต่างกัน เพื่อให้ได้อนุภาคนาโนที่มีการกระจายขนาดอนุภาคแคบและการกระจายตัวแบบเดี่ยวจําเป็นต้องมีเส้นทางการตกตะกอนที่เชื่อถือได้ การแช่อัลตราโซนิกเป็นที่รู้จักกันดีสําหรับการสังเคราะห์อนุภาคนาโนและเม็ดสีคุณภาพสูงที่เชื่อถือได้มีประสิทธิภาพและง่ายเช่นแมกนีไทต์สังกะสีโมลิบเดตสังกะสีฟอสโฟโมลิบเดตอนุภาคนาโนเปลือกหลักต่างๆเป็นต้น
เส้นทางการสังเคราะห์ทางเคมีแบบเปียกสําหรับอนุภาคนาโนปรัสเซียบลู
เส้นทางโซโนเคมีของการสังเคราะห์อนุภาคนาโน Prussian Blue มีประสิทธิภาพ ง่ายดาย รวดเร็ว และเป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อม การตกตะกอนอัลตราโซนิกให้ผลผลิตในนาโนคิวบ์ Prussian Blue คุณภาพสูง ซึ่งมีลักษณะมีขนาดเล็กสม่ําเสมอ (ประมาณ 5 นาโนเมตร) การกระจายขนาดที่แคบ และการกระจายตัวแบบโมโน
อนุภาคนาโน Prussian Blue สามารถสังเคราะห์ได้ผ่านเส้นทางการตกตะกอนต่างๆ โดยมีหรือไม่มีสารกันโคลงพอลิเมอร์
หลีกเลี่ยงการใช้โพลีเมอร์ที่ทําให้เสถียร Prussian Blue nanocubes สามารถตกตะกอนได้ง่ายๆ โดยการผสม FeCl ด้วยอัลตราโซนิก3 และ K3[เฟ (CN)6] ต่อหน้า H2O2.
การใช้โซโนเคมีในการสังเคราะห์ประเภทนี้ช่วยให้ได้อนุภาคนาโนที่มีขนาดเล็กลง (เช่น ขนาด 5 นาโนเมตรแทนที่จะเป็นขนาด ≈50 นาโนเมตรที่ได้จากโดยไม่ต้องโซนิเคชั่น) (Dacarro et al. 2018)
กรณีศึกษาการสังเคราะห์อัลตราโซนิกปรัสเซียนบลู
โดยทั่วไปอนุภาคนาโนสีน้ําเงินปรัสเซียจะถูกสังเคราะห์โดยใช้วิธีการอัลตราโซนิก
ในเทคนิคนี้ สารละลาย K 0.05 M4[เฟ (CN)6] ถูกเติมลงในสารละลายกรดไฮโดรคลอริก 100 มล. (0.1 mol/L) K ที่ได้4[เฟ (CN)6] สารละลายที่เป็นน้ําจะถูกเก็บไว้ที่ 40ºC เป็นเวลา 5 ชั่วโมงในขณะที่ sonicating สารละลายแล้วปล่อยให้เย็นที่อุณหภูมิห้อง ผลิตภัณฑ์สีน้ําเงินที่ได้จะถูกกรองและล้างซ้ําๆ ด้วยน้ํากลั่นและเอทานอลสัมบูรณ์ และสุดท้ายทําให้แห้งในเตาอบสูญญากาศที่อุณหภูมิ 25ºC เป็นเวลา 12 ชั่วโมง
ทองแดงเฮกซาไซยาโนเฟอร์ไรต์อะนาล็อกเฮกซาไซยาโนเฟอร์ไรต์ (CuHCF) ถูกสังเคราะห์ผ่านเส้นทางต่อไปนี้:
อนุภาคนาโน CuHCF ถูกสังเคราะห์ตามสมการต่อไปนี้:
คิว (NO3)3 + เค4[เฟ (CN)6] –> Cu4[เฟ (CN)6] + เคเอ็น 03
อนุภาคนาโน CuHCF ถูกสังเคราะห์โดยวิธีที่ได้รับการพัฒนาโดย Bioni และคณะ, 2007. ส่วนผสมของ 10 มิลลิลิตร ของ 20 มิลลิโมลาร์ L-1 K3[เฟ (CN)6] + 0.1 โมลลิตร-1 สารละลาย KCl ที่มี 10 มล. 20 มมอล L-1 คิวซีล2 + 0.1 โมลลิตร-1 KCl ในขวด sonication จากนั้นส่วนผสมจะถูกฉายรังสีด้วยรังสีอัลตราซาวนด์ความเข้มสูงเป็นเวลา 60 นาที โดยใช้ฮอร์นไทเทเนียมแบบแช่โดยตรง (20 kHz, 10Wcm-1) ที่จุ่มลงไปในสารละลายลึก 1 ซม. ในระหว่างการผสมจะสังเกตเห็นการปรากฏตัวของคราบสีน้ําตาลอ่อน การกระจายตัวนี้จะถูกวิเคราะห์เป็นเวลา 3 วันเพื่อให้ได้การกระจายตัวของสีน้ําตาลอ่อนที่เสถียรมาก
(อ้างอิง Jassal et al. 2015)
กล้องจุลทรรศน์ TEM ของนาโนคิวบ์ Prussian Blue ที่เสถียรด้วยซิเตรต
การศึกษาและรูปภาพ: Dacarro et al. 2018
Wu et al. (2006) สังเคราะห์อนุภาคนาโน Prussian Blue ผ่านเส้นทางโซโนเคมีจาก K4[เฟ (CN)6] ซึ่ง Fe2+ ถูกผลิตโดยการสลายตัวของ [FeII(CN)6]4− โดยการฉายรังสีอัลตราโซนิกในกรดไฮโดรคลอริก เดอะ เฟ2+ ถูกออกซิไดซ์เป็น Fe3+ เพื่อตอบสนองกับที่เหลือ [FeII(CN)6]4− ไอออน กลุ่มวิจัยสรุปว่าการกระจายขนาดที่สม่ําเสมอของนาโนคิวบลูปรัสเซียที่สังเคราะห์นั้นเกิดจากผลกระทบของอัลตราโซนิก ภาพ FE-SEM ทางด้านซ้ายแสดงนาโนคิวบ์เหล็กเฮกซาไซยาโนเฟอเรตที่สังเคราะห์ด้วยโซโนเคมีโดยกลุ่มวิจัยของ Wu
การสังเคราะห์ขนาดใหญ่: เพื่อเตรียมอนุภาคนาโนของ PB ในระดับขนาดใหญ่ PVP (250 กรัม) และ K3[เฟ (CN)6] (19.8 กรัม) ถูกเติมลงในสารละลาย HCl 2,000 มล. (1 ม.) สารละลายถูก sonicated จนใสแล้วใส่ในเตาอบที่อุณหภูมิ 80 °C เพื่อให้ได้ปฏิกิริยาการเสื่อมสภาพเป็นเวลา 20-24 ชั่วโมง จากนั้นส่วนผสมจะถูกหมุนเหวี่ยงที่ 20,000 รอบต่อนาทีเป็นเวลา 2 ชั่วโมงเพื่อรวบรวมอนุภาคนาโน PB (หมายเหตุด้านความปลอดภัย: ในการขับไล่ HCN ที่สร้างขึ้น ควรทําปฏิกิริยาในตู้ดูดควัน)
การสังเคราะห์โซโน-อิเล็กโทรเคมิคอลของสีน้ำเงินปรัสเซีย
เทคนิคการสังเคราะห์ที่มีประสิทธิภาพสูงอีกวิธีหนึ่งสำหรับสีน้ำเงินปรัสเซียคือเส้นทางโซโน-อิเล็กโทรเคมี ซึ่งเป็นการผสมผสานระหว่างการตกตะกอนทางอิเล็กโทรเคมีกับคลื่นอัลตราซาวนด์ความเข้มสูง วิธีนี้ช่วยเพิ่มการขนส่งมวล เร่งอัตราการเกิดนิวเคลียส และส่งเสริมการก่อตัวของอนุภาคนาโนที่สม่ำเสมอผ่านการผสมระดับจุลภาคที่เกิดจากคาวิเทชันและการกระตุ้นพื้นผิว ซึ่งทำให้การสังเคราะห์สีน้ำเงินปรัสเซียด้วยโซโน-อิเล็กโทรเคมีเป็นเส้นทางที่เชื่อถือได้สำหรับการผลิตสีน้ำเงินปรัสเซียในระดับนาโนสำหรับอุตสาหกรรม
อ่านเพิ่มเติมเกี่ยวกับการตั้งค่าโซโน-อิเล็กโทรเคมีสำหรับการสังเคราะห์สีน้ำเงินปรัสเซีย!
โพรบอัลตราโซนิกและเครื่องปฏิกรณ์โซโนเคมีสําหรับการสังเคราะห์ปรัสเซียนบลู
Hielscher Ultrasonics เป็นผู้ผลิตเครื่องโซนิเคเตอร์ประสิทธิภาพสูงที่มีประสบการณ์ยาวนาน ซึ่งถูกนำไปใช้ในห้องปฏิบัติการวิจัยและกระบวนการผลิตในอุตสาหกรรมทั่วโลก การสังเคราะห์ทางโซนิเคมิคอลและการตกตะกอนของอนุภาคนาโนและรงควัตถุเป็นงานที่ต้องการความแม่นยำสูง ซึ่งต้องใช้หัวโพรบอัลตราโซนิกกำลังสูงที่สามารถสร้างแอมพลิจูดคงที่ได้อย่างต่อเนื่องเครื่องโซนิเคเตอร์ของ Hielscher ทุกเครื่องได้รับการออกแบบและผลิตให้สามารถทำงานได้ตลอด 24 ชั่วโมงทุกวันภายใต้โหลดเต็มกำลัง เครื่องประมวลผลอัลตราโซนิกมีให้เลือกตั้งแต่โพรบอัลตราโซนิกขนาดกะทัดรัด 50 วัตต์ ไปจนถึงเครื่องปฏิกรณ์อัลตราโซนิกแบบอินไลน์ที่มีกำลังสูงถึง 16,000 วัตต์ มีฮอร์นบูสเตอร์ โซโนโทรด และเซลล์ไหลให้เลือกหลากหลายรูปแบบ ช่วยให้สามารถตั้งค่าระบบโซนิเคชันเคมีให้เหมาะสมกับสารตั้งต้น เส้นทางปฏิกิริยา และผลิตภัณฑ์สุดท้ายได้อย่างเฉพาะเจาะจง
การสังเคราะห์โซโนเคมี – ชุดหรือแบบอินไลน์ ปรับแต่งให้เหมาะกับความต้องการของคุณ
หัววัดอัลตราโซนิกของ Hielscher สามารถใช้สำหรับการทำโซนิเคชันแบบเป็นชุดและแบบต่อเนื่องในสายการผลิตได้ ขึ้นอยู่กับปริมาณปฏิกิริยาและความเร็วของปฏิกิริยา เราจะแนะนำการตั้งค่าอัลตราโซนิกที่เหมาะสมที่สุดให้กับคุณ เครื่องโซนิเคเตอร์สำหรับห้องปฏิบัติการ, แบบตั้งโต๊ะ, แบบทดลอง และแบบอุตสาหกรรมเต็มรูปแบบ ช่วยให้สามารถประมวลผลได้ในทุกปริมาณ
มาตรฐานคุณภาพสูงสุด – ออกแบบและผลิตในประเทศเยอรมนี
ในฐานะธุรกิจที่ดำเนินกิจการโดยครอบครัวและบริหารงานโดยครอบครัว Hielscher ให้ความสำคัญกับมาตรฐานคุณภาพสูงสุดสำหรับเครื่องประมวลผลอัลตราโซนิกของตนเครื่องอัลตราโซนิกทั้งหมดได้รับการออกแบบ ผลิต และทดสอบอย่างละเอียดที่สำนักงานใหญ่ของเราในเมืองเทลโทว์ ใกล้กรุงเบอร์ลิน ประเทศเยอรมนี ความทนทานและความน่าเชื่อถือของอุปกรณ์อัลตราโซนิกของ Hielscher ทำให้เป็นเครื่องมือที่ทำงานหนักในกระบวนการผลิตของคุณ การทำงานตลอด 24 ชั่วโมงทุกวันภายใต้โหลดเต็มและในสภาพแวดล้อมที่ท้าทายเป็นคุณสมบัติตามธรรมชาติของหัวโพรบและเครื่องปฏิกรณ์อัลตราโซนิกประสิทธิภาพสูงของ Hielscher
ตารางด้านล่างให้ข้อบ่งชี้ถึงความสามารถในการประมวลผลโดยประมาณของเครื่องอัลตราโซนิกของเรา:
| ปริมาณแบทช์ | อัตราการไหล | อุปกรณ์ที่แนะนํา |
|---|---|---|
| 1 ถึง 500 มล. | 10 ถึง 200 มล. / นาที | UP100H |
| 10 ถึง 2000 มล. | 20 ถึง 400 มล. / นาที | UP200 ฮิต, UP400ST |
| 0.1 ถึง 20L | 0.2 ถึง 4L / นาที | UIP2000hdt |
| 10 ถึง 100L | 2 ถึง 10L / นาที | UIP4000hdT |
| ไม่ | 10 ถึง 100L / นาที | UIP16000 |
| ไม่ | ขนาด ใหญ่ | คลัสเตอร์ของ UIP16000 |
ติดต่อเรา! / ถามเรา!
ข้อเท็จจริงที่ควรค่าแก่การรู้
สีน้ำเงินปรัสเซียคืออะไร?
ปรัสเซียนบลูถูกเรียกว่าเหล็กเฮกซาไซยาโนเฟเรต (เหล็ก (II,III) เฮกซาไซยาโนเฟเรต (II,III)) แต่เรียกขานว่าเบอร์ลินบลู เฟอร์ริกเฟอร์โรไซยาไนด์ เฟอร์ริกเฮกซาไซยาโนเฟเรต เหล็ก (III) เฟอร์โรไซยาไนด์ เหล็ก (III) เฮกซาไซยาโนเฟเรต (II) และปารีสบลู
ปรัสเซียนบลูถูกอธิบายว่าเป็นเม็ดสีน้ําเงินเข้มที่ผลิตขึ้นเมื่อเกิดการเกิดออกซิเดชันของเกลือเฟอร์โรไซยาไนด์ ประกอบด้วยเฟอร์ริกเฮกซาไซยาโนเฟเรต (II) ในโครงสร้างผลึกตาข่ายลูกบาศก์ ไม่ละลายในน้ํา แต่ยังมีแนวโน้มที่จะก่อตัวเป็นคอลลอยด์ ดังนั้นจึงสามารถดํารงอยู่ในรูปแบบคอลลอยด์หรือที่ละลายน้ําได้ และในรูปแบบที่ไม่ละลายน้ํา ใช้ทางปากเพื่อวัตถุประสงค์ทางคลินิกเพื่อใช้เป็นยาแก้พิษจากโลหะหนักบางชนิด เช่น แทลเลียมและไอโซโทปกัมมันตภาพรังสีของซีเซียม
อะนาล็อกของเหล็กเฮกซาไซยาโนเฟเรต (ปรัสเซียนบลู) ได้แก่ ทองแดงเฮกซาไซยาโนเฟเรต โคบอลต์เฮกซาไซยาโนเฟเรต สังกะสีเฮกซาไซยาโนเฟเรต และนิกเกิลเฮกซาไซยาโนเฟเรต
โครงสร้างเฟรมเวิร์กอินทรีย์โลหะคืออะไร?
กรอบโลหะ-อินทรีย์ (MOFs) เป็นประเภทของสารประกอบที่ประกอบด้วยไอออนของโลหะหรือคลัสเตอร์ที่ประสานงานกับลิแกนด์อินทรีย์ ซึ่งสามารถสร้างโครงสร้างหนึ่ง สอง หรือสามมิติได้ พวกเขาเป็นคลาสย่อยของโพลีเมอร์ประสานงาน โพลีเมอร์ประสานงานเกิดจากโลหะซึ่งเชื่อมโยงกันโดยลิแกนด์ (ที่เรียกว่าโมเลกุลตัวเชื่อมโยง) เพื่อให้เกิดแรงจูงใจในการประสานงานซ้ํา คุณสมบัติหลักของพวกมัน ได้แก่ ความเป็นผลึกและมักจะมีรูพรุน
อ่านเพิ่มเติมเกี่ยวกับการสังเคราะห์อัลตราโซนิกของโครงสร้างกรอบโลหะอินทรีย์ (MOF)!
แบตเตอรี่โซเดียมไอออน
แบตเตอรี่โซเดียมไอออน (NIB) เป็นแบตเตอรี่แบบชาร์จไฟได้ชนิดหนึ่ง ในทางตรงกันข้ามกับแบตเตอรี่ลิเธียมไอออน แบตเตอรี่โซไอออนใช้โซเดียมไอออน (Na+) แทนลิเธียมเป็นตัวพาประจุ มิฉะนั้นองค์ประกอบหลักการทํางานและโครงสร้างเซลล์จะเหมือนกันอย่างกว้างขวางกับแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนทั่วไปและใช้กันอย่างแพร่หลาย ความแตกต่างที่สําคัญระหว่างแบตเตอรี่ทั้งสองประเภทคือในตัวเก็บประจุลิเธียมไอออนจะใช้สารประกอบลิเธียมในขณะที่แบตเตอรี่นาไอออนจะใช้โลหะโซเดียม ซึ่งหมายความว่าแคโทดของแบตเตอรี่โซเดียมไอออนประกอบด้วยโซเดียมหรือโซเดียมคอมโพสิตและแอโนด (ไม่จําเป็นต้องเป็นวัสดุที่ทําจากโซเดียม) รวมถึงอิเล็กโทรไลต์เหลวที่มีเกลือโซเดียมแยกตัวในตัวทําละลายโปรติกโพลาร์หรืออะโปรติก ในระหว่างการชาร์จ Na+ จะถูกสกัดออกจากแคโทดและแทรกเข้าไปในขั้วบวกในขณะที่อิเล็กตรอนเดินทางผ่านวงจรภายนอก ในระหว่างการคายประจุกระบวนการย้อนกลับจะเกิดขึ้นโดยที่ Na+ ถูกสกัดออกจากขั้วบวกและใส่กลับเข้าไปในแคโทดโดยอิเล็กตรอนจะเดินทางผ่านวงจรภายนอกที่ทํางานที่เป็นประโยชน์ ตามหลักการแล้ววัสดุแอโนดและแคโทดควรสามารถทนต่อรอบการจัดเก็บโซเดียมซ้ํา ๆ โดยไม่เสื่อมสภาพเพื่อให้แน่ใจว่ามีวงจรชีวิตที่ยาวนาน
การสังเคราะห์ด้วยเสียงเป็นเทคนิคที่เชื่อถือได้และมีประสิทธิภาพในการผลิตเกลือโลหะโซเดียมคุณภาพสูงในปริมาณมาก ซึ่งสามารถนำไปใช้ในการผลิตตัวเก็บประจุไอออนโซเดียมได้ การสังเคราะห์ผงโซเดียมสำเร็จได้โดยการกระจายตัวด้วยคลื่นเสียงความถี่สูงของโลหะโซเดียมหลอมเหลวในน้ำมันแร่
วรรณกรรม / อ้างอิง
- Xinglong Wu, Minhua Cao, Changwen Hu, Xiaoyan He (2006): Sonochemical Synthesis of Prussian Blue Nanocubes from a Single-Source Precursor. Crystal Growth & Design 2006, 6, 1, 26–28.
- Vidhisha Jassal, Uma Shanker, Shiv Shanka (2015): Synthesis, Characterization and Applications of Nano-structured Metal Hexacyanoferrates: A Review. Journal of Environmental Analytical Chemistry 2015.
- Giacomo Dacarro, Angelo Taglietti, Piersandro Pallavicini (2018): Prussian Blue Nanoparticles as a Versatile Photothermal Tool. Molecules 2018, 23, 1414.
- Aharon Gedanken (2003): Sonochemistry and its application to nanochemistry. Current Science Vol. 85, No. 12 (25 December 2003), pp. 1720-1722.