Endüstriyel Ölçekte Ultrasonik Borofen Sentezi
Borun iki boyutlu nanoyapılı bir türevi olan borofen, kolay ve düşük maliyetli bir ultrasonik pul pul dökülme yoluyla verimli bir şekilde sentezlenebilir. Ultrasonik sıvı faz pul pul dökülme, büyük miktarlarda yüksek kaliteli borofen nano tabakalar üretmek için kullanılabilir. Ultrasonik pul pul dökülme tekniği, 2D nanomalzemeler (örneğin grafen) üretmek için yaygın olarak kullanılmaktadır ve yüksek kaliteli nano tabakalar, yüksek verim, hızlı ve kolay çalışma ve genel verimlilik avantajları ile iyi bilinmektedir.
Borofen Hazırlama için Ultrasonik Eksfoliasyon Yöntemi
Ultrasonik tahrikli sıvı faz pul pul dökülme, diğerleri arasında grafit (grafen), bor (borofen) dahil olmak üzere çeşitli toplu öncülerden 2D nano tabakalar hazırlamak için yaygın olarak kullanılır. Kimyasal pul pul dökülme tekniği ile karşılaştırıldığında, ultrasonik destekli sıvı faz pul pul dökülme, bor kuantum noktaları (BQD'ler) ve borofen gibi 0D ve 2D nanoyapıları hazırlamak için daha umut verici bir strateji olarak kabul edilir. (bkz. Wang ve diğerleri, 2021)
Soldaki şema, 2D birkaç katmanlı borofen tabakalarının ultrasonik düşük sıcaklıkta sıvı pul pul dökülme işlemini göstermektedir. (Çalışma ve resim: ©Lin ve ark., 2021.)
Sonokimyasal reaktör ile donatılmış 2000 watt endüstriyel ultrasonik işlemci UIP2000hdT büyük ölçekli borofen pul pul dökülme için.
Ultrasonik Borofen Eksfoliasyon Vaka Çalışmaları
Sıvı fazlı bir işlemde güç ultrasonu kullanılarak pul pul dökülme ve delaminasyon, geniş çapta incelenmiş ve borofen ve bor kuantum noktaları, bor nitrür veya magnezyum diborür gibi diğer bor türevlerine başarıyla uygulanmıştır.
α-Borofen
Göktuna ve Taşaltın (2021) tarafından yapılan çalışmada α borofen kolay ve düşük maliyetli ultrasonik eksfolyasyon yoluyla hazırlanmıştır. Ultrasonik olarak sentezlenen borofen nanotabakaları, α bir borofen kristal yapısı sergiler.
Protokol: 100 mg bor mikropartikülleri, 200 W'ta 100 ml DMF'de sonikleştirildi (örneğin, S26d14 ile UP200St kullanılarak) 4 saat boyunca bir nitrojen (N2) ultrasonik sıvı faz pul pul dökülme işlemi sırasında oksitlenmeyi önlemek için akış kontrollü kabin. Pul pul dökülmüş bor parçacıklarının çözeltisi sırasıyla 5000 rpm ve 12.000 rpm ile 15 dakika santrifüj edildi, daha sonra borofen dikkatlice toplandı ve 50ºC'de 4 saat boyunca vakumlu bir ortamda kurutuldu (krş. Göktuna ve Taşaltın, 2021)
Prob ultrasonik destekli solvotermal tedavi prosesi ile pul pul dökülen birkaç tabaka ile borofenin şematik gösterimi.
Birkaç Katmanlı Borofen
Zhang ve ark. (2020), büyük yatay boyutlu yüksek kaliteli borofen üretimine izin veren bir aseton solvotermal sıvı faz pul pul dökülme tekniği bildirmektedir. Asetonun şişirme etkisi kullanılarak, bor tozu öncüsü ilk olarak aseton içinde ıslatıldı. Daha sonra, ıslatılmış bor öncüsü, 200ºC'de asetonda daha fazla solvotermal olarak muamele edildi, ardından 4 saat boyunca 225 W'ta prob tipi bir sonikatör ile sonikasyon yapıldı. Birkaç kat bor ve 5.05 mm'ye kadar yatay boyuta sahip borofen nihayet elde edildi. Aseton solvotermal destekli sıvı faz pul pul dökülme tekniği, büyük yatay boyutlarda ve yüksek kalitede bor nano tabakalar hazırlamak için kullanılabilir. (bkz. Zhang ve diğerleri, 2020)
Ultrasonik olarak pul pul dökülmüş borofenin XRD paterni, toplu bor öncüsü ile karşılaştırıldığında, benzer bir XRD paterni gözlenebilir. Ana kırınım zirvelerinin çoğu, b-eşkenar dörtgen bora indekslenebilir, bu da kristalin yapının pul pul dökülme işleminden önce ve sonra neredeyse korunduğunu düşündürür.
Aseton içinde ultrasonik destekli solvotermal pul pul dökülme ile elde edilen az katmanlı düşük çözünürlüklü (a) ve yüksek çözünürlüklü (b) borofen içeren SEM görüntüleri
Prob ultrasonik destekli solvotermal pul pul dökülme ile elde edilen birkaç katmanlı işlenmemiş dökme bor ve borofenin XRD desenleri (a) ve Raman spektrumları (b).
Bor Kuantum Noktalarının Sonokimyasal Sentezi
Hao ve ark. (2020), güçlü bir prob tipi ultrasonicator kullanarak, oldukça polar bir organik çözücü olan asetonitril içinde genişletilmiş bor tozundan büyük ölçekli ve tekdüze kristalli yarı iletken bor kuantum noktalarını (BQD'ler) başarıyla hazırladı (örn. UP400St, UIP500hdT veya UIP1000hdT). Yanal boyutta 2.46 ±0.4 nm ve kalınlığında 2.81 ±0.5 nm olan bor kuantum noktaları sentezlendi.
Protokol: Bor kuantum noktalarının tipik bir hazırlığında, 30 mg bor tozu önce üç boyunlu bir şişeye ilave edildi ve daha sonra ultrasonikasyon işleminden önce şişeye 15 mL asetonitril eklendi. Pul pul dökülme, 400 W'lık bir çıkış gücünde gerçekleştirildi (örn. UIP500hdT), 20kHz frekans ve 60 dakikalık ultrasonik süre. Ultrasonication sırasında çözeltinin aşırı ısınmasını önlemek için, sabit bir sıcaklık için bir buz banyosu veya laboratuvar soğutucu kullanarak soğutma uygulandı. Elde edilen çözelti 60 dakika boyunca 1500 rpm'de santrifüjlendi. Süpernatan içeren bor kuantum noktaları nazikçe çıkarıldı. Tüm deneyler oda sıcaklığında yapıldı. (bkz. Hao ve diğerleri, 2020)
Wang ve ark. (2021), araştırmacı ultrasonik sıvı faz pul pul dökülme tekniğini de kullanarak bor kuantum noktaları hazırlıyor. Dar bir boyut dağılımına, mükemmel dağılabilirliğe, IPA çözeltisinde yüksek stabiliteye ve iki foto floresana sahip monodispers bor kuantum noktası elde ettiler.
Farklı ultrasonik koşullar altında hazırlanan TEM görüntüleri ve BQD'lerin karşılık gelen çap dağılımı. (a) 2 saat boyunca 400 W'ta sentezlenen BQD'ler-2'nin TEM görüntüsü. (b) 1 saat boyunca 550 W'ta sentezlenen BQD'ler-3'ün TEM görüntüsü. (c) 4 saat boyunca 400 W'ta sentezlenen BQD'ler-3'ün TEM görüntüsü. (d) (a)'dan elde edilen kuantum noktalarının çap dağılımı. (e) (b)'den elde edilen kuantum noktalarının çap dağılımı. (f) Kuantum noktalarının çap dağılımı (c)'den elde edilir.
Magnezyum Diborür Nano Levhaların Ultrasonik Eksfoliasyonu
Pul pul dökülme işlemi, 450 mg magnezyum diborürün süspanse edilmesiyle gerçekleştirildi
(MgB2) 150 ml su içinde toz (yaklaşık 100 ağ boyutu? 149 mikron) ve 30 dakika boyunca ultrasonikasyona maruz bırakmak. Ultrasonik pul pul dökülme, gibi bir prob tipi ultrasonicator ile gerçekleştirilebilir. UP200Ht veya UP400St 0 genlik ve 10 saniye döngü modu açma? kapama darbeleri ile. Ultrasonik pul pul dökülme, koyu siyah bir süspansiyon ile sonuçlanır. Siyah renk, bozulmamış MgB2 tozunun rengine bağlanabilir.
Bir grafit pulunun suda sono-mekanik pul pul dökülmesini gösteren yüksek hızlı bir çerçeve dizisi (a'dan f'ye) UP200S, 200W ultrasonikatör 3 mm sonotrot ile. Oklar, bölünmeye nüfuz eden kavitasyon kabarcıkları ile ayrılma (pul pul dökülme) yerini gösterir.
Her Ölçekte Borofen Eksfoliasyonu için Güçlü Ultrasonikatörler
Hielscher Ultrasonics, her boyutta sağlam ve güvenilir ultrasonicators tasarlar, üretir ve dağıtır. Kompakt laboratuvar ultrasonik cihazlarından endüstriyel ultrasonik problara ve reaktörlere kadar, Hielscher işleminiz için ideal ultrasonik sisteme sahiptir. Nanomalzeme sentezi ve dispersiyonu gibi uygulamalarda uzun yıllara dayanan deneyime sahip iyi eğitimli personelimiz, çözüm gereksinimleri için size en uygun kurulumu önerecektir. Hielscher endüstriyel ultrasonik işlemciler, endüstriyel tesislerde güvenilir iş atları olarak bilinir. Çok yüksek genlikler sunabilen Hielscher ultrasonicators, borofen veya grafen eksfoliasyon ve nanomalzeme dispersiyonları gibi yüksek performanslı uygulamalar için idealdir. 200μm'ye kadar genlikler, 7/24 çalışmada kolayca sürekli olarak çalıştırılabilir. Daha da yüksek genlikler için, özelleştirilmiş ultrasonik sonotrodlar mevcuttur.
Tüm ekipmanlar Almanya'daki merkezimizde tasarlanmakta ve üretilmektedir. Müşteriye teslim edilmeden önce, her ultrasonik cihaz tam yük altında dikkatlice test edilir. Müşteri memnuniyeti için çalışıyoruz ve üretimimiz en yüksek kalite güvencesini (örneğin, ISO sertifikası) yerine getirecek şekilde yapılandırılmıştır.
- yüksek verim
- En son teknoloji
- güvenilirlik & sağlamlık
- toplu iş & Satır içi
- herhangi bir hacim için
- Akıllı Yazılım
- Akıllı özellikler (ör. veri protokolü)
- CIP (yerinde temizlik)
Aşağıdaki tablo size ultrasonicators'ımızın yaklaşık işleme kapasitesinin bir göstergesini verir:
| Numune Hacmi | Akış Oranı | Önerilen Cihaz |
|---|---|---|
| 1 - 500mL | 10 - 200mL/min | UP100H |
| 10 - 2000mL | 20 - 400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0,1 - 20L | 0,2 - 4L/min | UIP2000hdT |
| 10 - 100L | 2 - 10L/min | UIP4000hdT |
| n.a. | 10 - 100L/min | UIP16000 |
| n.a. | daha büyük | grubu UIP16000 |
Bizimle İletişime Geçin!? Bize Sor!
Hielscher Ultrasonics, laboratuvar, pilot ve endüstriyel ölçekte karıştırma uygulamaları, dispersiyon, emülsifikasyon ve ekstraksiyon için yüksek performanslı ultrasonik homojenizatörler üretmektedir.
Literatür? Referanslar
- Feng Zhang, Liaona She, Congying Jia, Xuexia He, Qi Li, Jie Sun, Zhibin Lei, Zong-Huai Liu (2020): Few-layer and large flake size borophene: preparation with solvothermal-assisted liquid phase exfoliation. RSC Advances 46, 2020.
- Simru Göktuna, Nevin Taşaltın (2021): Preparation and characterization of PANI: α borophene electrode for supercapacitors. Physica E: Low-dimensional Systems and Nanostructures,
Volume 134, 2021. - Chen, C., Lv, H., Zhang, P. et al. (2021): Synthesis of bilayer borophene. Nature Chemistry 2021.
- Haojian, Lin; Shi, Haodong;Wang, Zhen; Mu, Yuewen ; Li, Si-Dian; Zhao, Jijun; Guo, Jingwei ; Yang, Bing; Wu, Zhong-Shuai; Liu, Fei. (2021): Low-temperature Liquid Exfoliation of Milligram-scale Single Crystalline Few-layer β12-Borophene Sheets as Efficient Electrocatalysts for Lithium–Sulfur Batteries. 2021.
- Jinqian Hao; Guoan Tai; Jianxin Zhou; Rui Wang; Chuang Hou; Wanlin Guo (2020): Crystalline Semiconductor Boron Quantum Dots. ACS Applied Material Interfaces 12 (15), 2020. 17669–17675.
Bilmeye Değer Gerçekler
borofen
Borofen, kristalin atomik bir bor tek tabakasıdır, yani iki boyutlu bir bor allotropudur (bor nano tabakası olarak da adlandırılır). Eşsiz fiziksel ve kimyasal özellikleri, borofeni çok sayıda endüstriyel uygulama için değerli bir malzemeye dönüştürür.
Borofen'in olağanüstü fiziksel ve kimyasal özellikleri, benzersiz mekanik, termal, elektronik, optik ve süper iletken yönleri içerir.
Bu, alkali metal iyon piller, Li-S piller, hidrojen depolama, süper kapasitör, oksijen indirgeme ve evriminin yanı sıra CO2 elektroredüksiyon reaksiyonundaki uygulamalar için borofen kullanma olanaklarını açar. Özellikle piller için bir anot malzemesi ve hidrojen depolama malzemesi olarak borofene büyük ilgi görülmektedir. Yüksek teorik özgül kapasiteler, elektronik iletkenlik ve iyon taşıma özellikleri nedeniyle borofen, piller için harika anot malzemesi olarak nitelendirilir. Hidrojenin borofene yüksek adsorbsiyon kapasitesi nedeniyle, ağırlığının 'inden fazla bir depolama kapasitesi ile hidrojen depolaması için büyük bir potansiyel sunar.
Hidrojen Depolama için Borofen
İki boyutlu (2D) bor bazlı malzemeler, borun düşük atom kütlesi ve H2 ile etkileşimleri artıran yüzeydeki alkali metallerin dekorasyon stabilitesi nedeniyle H2 depolama ortamı olarak çok ilgi görmektedir. Yukarıda tarif edildiği gibi ultrasonik sıvı faz pul pul dökülme kullanılarak kolayca sentezlenebilen iki boyutlu borofen nanotabakaları, metal atomlarının kümelenmesinin meydana gelebileceği farklı metal süsleme atomları için iyi bir afinite göstermiştir. Farklı borofen polimorfları üzerinde Li, Na, Ca ve Ti gibi çeşitli metal süslemeler kullanılarak, ağırlıkça %6 ila 15 arasında değişen etkileyici H2 gravimetrik yoğunlukları elde edildi ve ağırlıkça %6,5 H2 yerleşik depolama için ABD Enerji Bakanlığı (DOE) gereksinimini aştı. (bkz. Habibi ve diğerleri, 2021)
Hielscher Ultrasonics, yüksek performanslı ultrasonik homojenizatörler üretmektedir. laboratuvar Hedef endüstriyel boyut.