Varios óxidos metálicos se han preparado por el método sonoquímico con precursores no volátiles. Esta síntesis involucra la sonificacion que contiene

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Nicolás Cordero Aranda
hace 8 años
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1 Varios óxidos metálicos se han preparado por el método sonoquímico con precursores no volátiles. Esta síntesis involucra la sonificacion que contiene la sal del metal y fuente de oxigeno o calcogeno ( por ejemplo aire para el oxigeno, tiurea para el azufre, selenourea para el selenio, un sulfato o selenato). Las especies reactivas como radicales o átomos (O o S ) pueden reaccionar con iones metálicos en la solución para formar óxidos metálicos o calcogenuros del metal.

2 Si la estructura apropiada de agentes (surfactantes o polímeros) se usan, se pueden encontrar diferentes morfologías como esferas, rodillos, alambres o cubos. La irradiación ultrasónica de CdCl 2, NaSeSO 3 y amoniaco produce la formación de esferas huecas de CdSe. El CdCl 2 fue hidrolizado bajo condiciones básicas para formar Cd(OH) 2 que actúa como un templete in situ para la formación sonoquímica de estructuras huecas. El proceso es descrito como sigue:

3 Nanoestructuras alineadas pueden sintetizarse con la ayuda del ultrasonido. Nanorodillos de ZnO alineados verticalmente fueron preparados sobre sustratos de hojas de Zn, obleas de Si, vidrio y membranas de policarbonato sonificando una solución precursora que contiene Zn 2+. La irradiación ultrasónico rápidamente induce al crecimeineto anisotropico de ZnO a lo largo de la dirección (0001) sobre el sustrato. El alineamiento se llevara a cabo debido al agotamiento relativo de la concentración de iones Zn 2+.

4 Efectos fiscos del ultrasonido para la síntesis de nanomateriales Los efectos físicos más importantes de ultrasonido de alta intensidad surgen de los jets de alta velocidad y ondas de choque intensas inducidos por la cavitación. Se han utilizado con frecuencia para preparar emulsiones, aglomerar materiales maleables, descomponer materiales friables, modificar las superficies sólidas, y exfoliar materiales estratificados. Transferencia de masa mejorada como consecuencia de la transmisión acústica y calentamiento térmico son otros efectos físicos de ultrasonido de alta intensidad.

5 Un buen ejemplo de la explotación de los efectos físicos del ultrasonido es la mejora de la intercalación de sustancias huésped en materiales estratificados primero desarrollados por Green, Suslick y colaboradores. En un trabajo más reciente, el grafito, con su estructura plana en capas, puede acomodar entre cada capa de grafeno moléculas huésped o átomos para formar compuestos de intercalación de grafito, pero la formación de compuestos de intercalación suele ser un proceso muy lento. La irradiación ultrasónica, sin embargo, puede aumentar drásticamente la velocidad de reacción.

6 Por ejemplo, compuestos de intercalado de potasio (KC8) se pueden preparar por el sonificación de grafito con el potasio bajo una atmósfera de Ar en 3 minutos mientras que los métodos normales de preparación requieren 1-8 horas a través de una reacción en estado sólido a alta temperatura bajo una atmósfera inerte.

7 H 2 PtCl 6 también puede intercalarse en capas de grafito para preparar nanopartículas de Pt intercaladas en grafito después de la exposición a una corriente de gas H 2. La sonificación de grafito intercalado de potasio en etanol puede generar nanorollos de carbón.

8 La eficiencia de conversión es muy alta, de hasta 80 %, en comparación con una reacción en ausencia de ultrasonidos, lo que resulta en muy pocos nanosrollos. La razón para la formación de nanorollos de carbono no se entiende completamente, pero el ultrasonido proporciona la energía mecánica necesaria para superar la fuerza de van der Waals entre cada capa de grafeno. Las capas de grafeno exfoliadas individuales, se pueden plegar a través de interacciones intra-capas para llegar a una estructura estable en el disolvente.

9 El ultrasonido se ha convertido en una herramienta formidable para la preparación química de grafeno solo y pocas capas. En una síntesis típica de óxido de grafeno, grafito prístina se oxida por el método de Hammer para formar óxido de grafito, donde hay un incremento en la distancia relativa entre capas y el grafito y la fuerza de van der Waals es en consecuencia más débil. Después de la sonificación suave (por ejemplo, tratamiento con ultrasonidos de baño es suficiente), óxidos de una sola capa de grafeno se pueden producir que luego se puede reducir químicamente a grafeno. Un método más sencillo para la preparación de grafeno es la exfoliación en fase líquida directa de grafito por sofinicación.

10 El ultrasonido también se utiliza frecuentemente para separar los nanotubos de carbono de pared simple, que generalmente forman aglomerados debido a la fuerza de van der Waals. Este enfoque puede ser generalizado a otros materiales en capas, tales como MoSe 2, MoTe 2, MoS 2, WS 2, TaSe 2, NbSe2, NiTe 2, BN, y Bi 2 Te 3, todos los que pueden ser exfoliadas en la fase líquida para preparar nanoláminas de una sola capa El ultrasonido es una herramienta ampliamente útil para superar las fuerzas de atracción entre las capas individuales para romper materiales de la capa con estructura 3D a estructuras planas 2D.

11 El impacto de las ondas ultrasónicas de choque de partículas preexistentes en un líquido es también un uso interesante de los efectos físicos de los ultrasonidos. Por ejemplo, el ultrasonido de alta intensidad puede conducir micropartículas de metal suspendidas en suspensiones líquidas entre si a altas velocidades (cientos de metros por segundo) para inducir la fusión local en el punto de colisión y la consiguiente aglomeración.

12 Esto sólo puede suceder con los metales con un punto de fusión relativamente bajo (por ejemplo, Sn, Zn, Cr y Mo). Si el punto de fusión del metal es mayor que ~3000 K, ninguna fusión en el punto de impacto se produce. Además, la aglomeración de las partículas de metal se produce sólo en un intervalo bastante estrecho de radio en el régimen de unas pocas micras. Ni las partículas demasiado grandes ni demasiado pequeños serán acelerados a una velocidad suficiente para inducir la fusión local y la consiguiente aglomeración.

13 El ultrasonido también se puede utilizar para promover la difusión de iones dopantes en nanopartículas esféricas. Por ejemplo, ultrasonidos de alta intensidad se utiliza para preparar nanopartículas de ZnO dopadas con Mg 2+ con fotoluminiscencia sintonizable (de amarillo a azul). El rendimiento cuántico de estas nanopartículas de ZnO dopadas Mg 2+ es muy alta, >60 % en condiciones óptimas. Los resultados de XRD y HRTEM indican que no existe fase de MgO en las nanopartículas de ZnO. La irradiación ultrasónica de una suspensión que contiene coloides de Au y partículas de TiO 2 puede conducir a la formación de nanopartículas de Au intercalados en una estructura de TiO 2 mesoporoso que muestra propiedades fotocatalíticas mejoradas.

14 Los microjets y ondas de choque producidas por ultrasonido de alta intensidad cerca de superficies sólidas también pueden causar cambios físicos en las superficies de las partículas y los sustratos. Por ejemplo, ultrasonidos de alta intensidad han sido aplicados para mejorar los revestimientos de superficie anticorrosión. En general, incluso de metal de aluminio puro se recubre por una capa de óxido de espesor pocos nm. Esta capa no es capaz de proteger completamente contra los agentes de corrosión y es a menudo no fuertemente adherido al metal subyacente. La protección contra la corrosión y propiedades de adhesión, sin embargo, se pueden mejorar a través de tratamiento con ultrasonidos. Después de la irradiación ultrasónica, se retira la capa de óxido existente y se forma una capa de oxido recién activada que se ha demostrado que presentan una resistencia superior a la corrosión.

15 La irradiación de ultrasonidos también puede mejorar la síntesis sol-gel, una técnica versátil para la preparación de óxidos metálicos nanoestructurados. La aplicación de ultrasonidos durante un proceso de sol-gel puede acelerar el proceso de hidrólisis y crear óxidos de metal con distribuciones estrechas de tamaño, área de la superficie superior, y una mejor pureza de fase. Por ejemplo, TiO 2, ZnO, CeO 2, MoO 3, V 2 O 5 y In 2 O 3 han sido preparados por la irradiación ultrasónica de sus respectivas soluciones precursoras.

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