Ультразвукове вологе осадження прусських синіх нанокубів

Прусський синій або гексаціаноферрат заліза — це наноструктурована металева органічна основа (MOF), яка використовується у виробництві натрій-іонних акумуляторів, біомедицині, чорнилах та електроніці. Ультразвуковий мокрохімічний синтез є ефективним, надійним і швидким шляхом для отримання нанокубів прусського блакитного кольору та аналогів прусського синього, таких як гексаціаноферрат міді та гексаціаноферрат нікелю. Ультразвуково осаджені наночастинки Prussian Blue характеризуються вузьким гранулометричним складом, монодисперсністю та високою функціональністю.

Аналоги прусського синього і гексаціаноферрата

Прусський синій або залізний гексаціаноферати широко використовуються як функціональний матеріал для проектування електрохімічних додатків і для виробництва хімічних датчиків, електрохромних дисплеїв, чорнила і покриттів, акумуляторів (натрій-іонних акумуляторів), конденсаторів і суперконденсаторів, катіонних матеріалів для зберігання, таких як для H+ або Cs+, каталізаторів, тераностики та інших. Завдяки своїй хорошій окислювально-відновній активності та високій електрохімічній стабільності, Prussian Blue є структурою метало-органічного каркаса (MOF), яка широко використовується для модифікації електродів.
Крім різних інших застосувань, прусський синій і його аналоги гексаціаноферрат міді і гексаціаноферрат нікелю використовуються в якості кольорових чорнил синього, червоного і жовтого кольору відповідно.
Величезною перевагою наночастинок Prussian Blue є їх безпека. Наночастинки прусського синього повністю біорозкладаються, біосумісні та схвалені FDA для медичного застосування.

Сонохімічний синтез прусських синіх нанокубів

Синтез наночастинок прусського синього / гексаціанофериту є реакцією різнорідного волого-хімічного опадів. Для отримання наночастинок з вузьким гранулометричним складом і монодисперсністю необхідний надійний маршрут опадів. Ультразвукове преципітація добре відома надійним, ефективним і простим синтезом високоякісних наночастинок і пігментів, таких як магнетит, молібдат цинку, фосфомолібдат цинку, різні наночастинки оболонки ядра тощо.

Шляхи мокрого хімічного синтезу наночастинок прусського синього кольору

Сонохімічний шлях синтезу наночастинок прусського блакитного є ефективним, легким, швидким і екологічно чистим. Ультразвукове осадження дає високоякісні нанокуби Prussian Blue, які характеризуються рівномірним малим розміром (приблизно 5 нм), вузьким розподілом розмірів і монодисперсністю.
Наночастинки прусського синього кольору можуть бути синтезовані різними шляхами опадів з полімерними стабілізаторами або без них.
Уникаючи використання стабілізуючого полімеру, нанокуби Prussian Blue можна осадити простим ультразвуковим змішуванням FeCl₃ і К₃[Fe(CN]₆] у присутності Н₂O₂.
Використання сонохімії в цьому виді синтезу дозволило отримати більш дрібні наночастинки (тобто розміром 5 нм замість розміру ≈50 нм, отриманого без ультразвукового випромінювання). (Дакарро та ін., 2018)

Приклади ультразвукового синтезу прусської блакиті

Як правило, наночастинки прусського синього синтезуються за допомогою ультразвукового методу.
У цій техніці 0,05 М розчину К₄[Fe(CN]₆] додається до 100 мл розчину соляної кислоти (0,1 моль/л). Отриманий К₄[Fe(CN]₆] водний розчин витримують при температурі 40ºC протягом 5 год під час ультразвукового розчину, а потім дають охолонути при кімнатній температурі. Отриманий продукт синього кольору багаторазово фільтрують і промивають дистильованою водою і абсолютним етанолом і, нарешті, сушать у вакуумній печі при температурі 25ºC протягом 12 год.

Аналог гексаціанофериту міді гексаціаноферит (CuHCF) був синтезований наступним шляхом:
Наночастинки CuHCF були синтезовані за наступним рівнянням:
Cu(НІ₃)₃ + К₄[Fe(CN]₆] –> Cu₄[Fe(CN]₆] + КН0₃

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 моль л^-1 розчин KCl з 10 мл 20 ммоль л^-1 CuCl₂ + 0,1 моль л^-1 KCl, в ультразвуковій колбі. Потім суміш опромінюють ультразвуковим випромінюванням високої інтенсивності протягом 60 хв за допомогою титанового рупора прямого занурення (20 кГц, 10 Вт см)^-1), яку занурювали на глибину до 1 см у розчин. Під час приготування суміші спостерігається поява світло-коричневого нальоту. Цю дисперсію діалізують протягом 3 днів, щоб отримати дуже стабільну дисперсію світло-коричневого кольору.
(пор. Jassal et al. 2015)

Wu et al. (2006) синтезували наночастинки прусського синього за допомогою сонохімічного шляху з K₄[Fe(CN]₆], в якому Fe2+ утворювався шляхом розкладання [FeII(CN)6]4− ультразвуковим опроміненням у соляній кислоті; Фе²⁺ окислюється до Fe³⁺ щоб реагувати з залишком [FeII(CN)₆]4− іони. Дослідницька група дійшла висновку, що рівномірний розподіл розмірів синтезованих прусських синіх нанокубів зумовлений ефектом ультразвуку. Зображення FE-SEM зліва показує сонохімічно синтезовані нанокуби гексаціаноферрату заліза дослідницькою групою Ву.

Large-scale synthesis: to prepare PB nanoparticles on a large-scale, PVP (250 g) and K₃[Fe(CN]₆] (19,8 г) були додані в 2000 мл розчину HCl (1 М). Розчин ультразвукували до прозорості, а потім поміщали в піч при температурі 80 ° C для досягнення реакції старіння протягом 20-24 годин. Потім суміш центрифугували при 20 000 об/хв протягом 2 годин для збору наночастинок PB. (Примітка з техніки безпеки: Щоб видалити будь-який створений HCN, реакцію слід проводити у витяжній шафі).

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!

Ультразвукові зонди та сонохімічні реактори для синтезу прусської блакиті

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.

Сонохимический синтез – 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.

Найвищі стандарти якості – Розроблено та виготовлено в Німеччині

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.

Наведена нижче таблиця дає уявлення про приблизну потужність обробки наших ультразвукових апаратів: