Ультразвуковий синтез борофену в промислових масштабах
Borophene, двовимірна наноструктурована похідна бору, може бути ефективно синтезована за допомогою фацил і недорогого ультразвукового відлущування. Ультразвукове рідке відлущування рідкої фази може бути використане для виробництва великої кількості високоякісних нанопластинок борофену. Ультразвукова техніка відлущування широко використовується для виробництва 2D-наноматеріалів (наприклад, графена) і добре відома своїми перевагами високоякісних нанопластинок, високою врожайністю, швидкою та facile експлуатацією, а також загальною ефективністю.
Ультразвуковий метод відлущування для підготовки Борофена
Ультразвукове рідке відлущування широко використовується для підготовки 2D-нанопластинок з різних насипних прекурсорів, включаючи графіт (графен), бор (борофен) серед інших. У порівнянні з хімічною технікою відлущування, ультразвукове відлущування рідкої фази розглядається як більш перспективна стратегія підготовки 0D і 2D-наноструктур, таких як квантові точки бору (BQD) і борофен. (пор. Ван та ін., 2021)
Схема ліворуч показує ультразвуковий процес відлущування рідини низької температури 2D-кількашарових борофенових листів. (Дослідження та фото: ©Лін та ін., 2021).)
Сонохімічний реактор, оснащений Промисловий ультразвуковий процесор UIP2000hdT потужністю 2000 Вт для масштабного відлущування борофену.
Тематичні дослідження ультразвукового відлущування Борофена
Відлущування і роз розмежування за допомогою ультразвуку потужності в процесі рідкої фази було широко вивчено і успішно застосовано до борофену та інших похідних бору, таких як квантові точки бору, нітрид бору або диборид магнію.
α-Борофен
У дослідженні, проведеному Göktuna і Taşaltın (2021), α борофен був підготовлений за допомогою фацил і недорогого ультразвукового відлущування. Ультразвуково синтезовані нанопластикові таблиці борофену демонструють α кристалічну структуру борофену.
Протокол: мікрочастинки бору 100 мг були ультразвукові в 100 мл DMF при 200 Вт (наприклад, з використанням UP200St з S26d14) протягом 4h в азоті (N2) керована потоком кабіна для запобігання окислення під час ультразвукового процесу відлущування рідкої фази. Розчин відлущених частинок бору був центрифугований з 5000 об / хв і 12000 об / хв протягом 15 хв відповідно, потім борофен ретельно зібраний і висушений у вакуумі навколишнього середовища протягом 4h при 50ºC. (пор. Гектуна і Ташалтин, 2021)
Схематична ілюстрація борофену з кількома шарами, відлущеними ультразвуковим процесом лікування ультразвуковою допомогою зонда.
Навчання та фото: ©Жанг та ін., 2020
Одношаровий Борофен
Zhang et al. (2020) повідомляє про техніку відлущування солготермічної рідкої фази ацетону, яка дозволяє проводити високоякісний борофен з великими горизонтальними розмірами. Використовуючи набряклий ефект ацетону, попередник порошку бору спочатку змочував в ацетоні. Потім змочений попередник бору був додатково солготермічно оброблений в ацетоні при 200ºC, а потім ультразвукова звуження з ультразвуковим зондом типу при 225 Вт протягом 4h. Нарешті вийшов Борофен з декількома шарами бору і горизонтальним розміром до 5,05 мм. Метод відлущування рідкого фазового відлущування ацетону може бути використаний для підготовки нанопластинок бору з великими горизонтальними розмірами і високою якістю. (пор Чжан та ін., 2020)
Коли XRD шаблон ультразвукового відлущується борофен порівнюють з об'ємним попередником бору, можна спостерігати аналогічну схему XRD. Більшість основних піків дифракції можуть бути проіндексовані до b-ромбогедрального бору, що свідчить про те, що кристалічна структура майже зберігається до і після лікування відлущування.
Зображення SEM з низькою роздільною здатністю (a) і високою роздільною здатністю (b) борофену з кількома шарами, отриманими за допомогою ультразвукового сольмотермічного відлущування в ацетоні
Навчання та фото: ©Жанг та ін., 2020
XRD візерунки (а) і Раман спектри (б) необроблених об'ємних бору і борофену з кількома шарами, отриманими зонд ультразвукової допомоги сольвотермального відлущування.
Навчання та фото: ©Жанг та ін., 2020
Сонохімічний синтез квантових точок бору
Hao et al. (2020) успішно підготував великомасштабні та однорідні кристалічні напівпровідникові квантові точки бору (BQD) з розширеного порошку бору в ацетонітрілі, високополярному органічному розчиннику, використовуючи потужний ультразвуковий апарат зондового типу (наприклад, UP400St, UIP500hdT або UIP1000hdT). Синтезовані квантові точки бору з 2,46 ±0,4 нм в бічному розмірі і 2,81 ±0,5 нм в товщину.
Протокол: У типовому приготуванні квантових точок бору 30 мг порошку бору спочатку додавали в тришию колби, а потім 15 мл ацетонітрилу було додано в пляшку перед процесом ультразвуку. Відлущування здійснювалося на вихідній потужності 400 Вт (наприклад, з використанням UIP500hdT), частота 20 кГц і ультразвуковий час 60 хв. Щоб уникнути перегріву розчину під час ультразвуку, при постійній температурі було застосовано охолодження за допомогою крижаної ванни або лабораторного чиллера. Отриманий розчин був центрифугований при 1500 об / хв протягом 60 хв. Супернатант, що містив квантові точки бору, був витягнутий м'яко. Всі експерименти проводилися при кімнатній температурі. (пор. Хао та ін., 2020)
У дослідженні Wang et al. (2021) дослідник також готує квантові точки бору, використовуючи ультразвукову техніку відлущування рідкої фази. Вони отримали монодисперсну квантову точку бору з вузьким розподілом розмірів, відмінною дисперсією, високою стабільністю в розчині IPA і двофотонною флуоресценцією.
Зображення ТЕМ та відповідний розподіл діаметрів BQD, підготовлених в різних ультразвукових умовах. (a) TEM зображення BQDs-2, синтезованого при 400 Вт протягом 2 годин (b) TEM зображення BQDs-3, синтезованого при 550 Вт протягом 1 год. (e) Розподіл діаметрів квантових точок, отриманих від (b). (f) Розподіл діаметрів квантових точок набуває від (c).
Навчання та фото: ©Hao та ін., 2020
Ультразвукове відлущування нанопластину диборидів магнію
Процес відлущування був проведений шляхом призупинення 450 мг дибориду магнію
(МгБ2) порошок (близько 100 розмір сітки / 149 мкм) в 150 мл води і піддаючи його ультразвуку протягом 30 хвилин. Ультразвукове відлущування може здійснюватися за допомогою ультразвукового ультразвукового зондового типу, такого як UP200Ht або UP400St з амплітудою 30% і режимом циклу 10 сек імпульсів вмикання/вимикання. Ультразвукове відлущування призводить до темно-чорної суспензії. Чорний колір можна віднести до кольору первозданного порошку MgB2.
Високошвидкісна послідовність (від а до f) кадрів, що ілюструють сономеханічне відлущування графітового пластівці у воді за допомогою UP200S, ультразвуковий апарат 200 Вт з 3мм сонотроде. Стрілки показують місце розщеплення (відлущування) кавітаційними бульбашками, що проникають в розкол.
© Тюрніна та ін.
Потужні ультразвукові апарати для відлущування Борофена в будь-якому масштабі
Hielscher Ультразвук розробляє, виробляє та поширює надійні та надійні ультразвукові апарати будь-якого розміру. Від компактних лабораторних ультразвукових пристроїв до промислових ультразвукових зондів та реакторів, Hielscher має ідеальну ультразвукову систему для вашого процесу. Маючи багаторічний досвід роботи в таких додатках, як синтез і дисперсія наноматеріалів, наш добре навчений персонал порекомендує вам найбільш підходящу установку для вимог ypour. Hielscher промислових ультразвукових процесорів відомі як надійні робочі коні на промислових об'єктах. Здатні доставити дуже високі амплітуди, ультраакукатори Hielscher ідеально підходять для високопродуктивних застосувань, таких як відлущування борофену або графена, а також дисперсій наноматеріалів. Амплітуди до 200 мкм можна легко безперервно запускати в режимі 24/7. Для ще більш високих амплітуд доступні індивідуальні ультразвукові сонотроди.
Все обладнання спроектовано і виготовлено в нашому штаб-квартира в Німеччині. Перед доставкою замовнику кожен ультразвуковий пристрій ретельно тестується під повним навантаженням. Ми прагнемо до задоволеності клієнтів, і наше виробництво структуровано для забезпечення найвищої якості (наприклад, сертифікація ISO).
- висока ефективність
- Нові технології
- надійність & надійність
- партія & в лінію
- для будь-якого обсягу
- Інтелектуальне програмне забезпечення
- інтелектуальні функції (наприклад, протоколування даних)
- CIP (чистий на місці)
У таблиці нижче наведено приблизну потужність обробки наших ультразвукових пристроїв:
| пакетний Обсяг | швидкість потоку | Рекомендовані пристрої |
|---|---|---|
| Від 1 до 500мл | Від 10 до 200мл / хв | UP100H |
| Від 10 до 2000мл | Від 20 до 400мл / хв | UP200Ht, UP400St |
| 0.1 до 20 л | 0.2 до 4л / хв | UIP2000hdT |
| Від 10 до 100 л | Від 2 до 10 л / хв | UIP4000hdT |
| застосовується | Від 10 до 100 л / хв | UIP16000 |
| застосовується | більший | кластер UIP16000 |
Зв'яжіться з нами! / Запитати нас!
Hielscher Ultrasonics виробляє високоефотозні ультразвукові гомогенізатори для змішування застосувань, дисперсії, емульгування та екстракції в лабораторних, пілотних і промислових масштабах.
Література/довідники
- 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.
Факти варті знати
Борофен
Борофен є кристалічним атомним моношаром бору, тобто є двовимірним алотропом бору (також званим нанопластиком бору). Його унікальні фізико-хімічні характеристики перетворюють борофен в цінний матеріал для численних промислових застосувань.
Виняткові фізико-хімічні властивості Борофена включають унікальні механічні, теплові, електронні, оптичні та надпровідні грані.
Це відкриває можливості для використання борофену для застосування в лужних металевих іонних батареях, батареях Li-S, зберіганні водню, суперконденсаторі, зменшенні та еволюції кисню, а також реакції електроредукції CO2. Особливо високий інтерес в борофені надходить як анодний матеріал для батарей і як матеріал для зберігання водню. Завдяки високим теоретичним специфічним можливостям, електронній провідності та властивостям іонного транспорту, борофен кваліфікується як великий анодний матеріал для батарей. Завдяки високій адсорбційній здатності водню до борофену, він пропонує великий потенціал для зберігання водню - з ємністю строгеню понад 15% від його ваги.
Борофен для зберігання водню
Двовимірні (2D) матеріали на основі бору отримують багато уваги як носії інформації H2 через низьку атомну масу бору і стабільність декорування лужних металів на поверхні, які посилюють взаємодію з Н2. Двовимірні нанопластилки борофену, які можуть бути легко синтезовані за допомогою ультразвукового відлущування рідкої фази, як описано вище, показали хорошу спорідненість до різних атомів, що прикрашають метал, в яких може відбуватися кластеризація атомів металу. Використовуючи різні металеві прикраси, такі як Li, Na, Ca і Ti на різних поліморфах борофену, вражаючі гравіметричні щільності H2 були отримані від 6 до 15 вт %, що перевищує вимогу Міністерства енергетики США (DOE) для бортового зберігання 6,5wt% H2. (див. Хабібі та ін., 2021)
Hielscher Ультразвук виробляє високоемоціивні ультразвукові гомогенізатори з Лабораторія до промислових розмірів.