분자, 이온, 및 음향 공동 현상과 고체 입자를 활성화
Summary
전원 초음파에 제출 액체의 음향 공동화 음파 발광으로 알려진 특이한 화학 반응성 및 발광의 원점입니다 붕괴 거품 안에 과도 극한 상황을 만듭니다. 불활성 기체의 존재하에, 비평 형 플라즈마가 형성된다. 거품 붕괴에 의해 생성 된 "핫"입자와 광자 용액에 종을 자극 할 수 있습니다.
Abstract
화학 및 초음파의 물리적 인 효과는 파도 소리와 분자의 직접적인 상호 작용에서 발생하지 않고, 음향 캐비테이션에서 : 핵, 성장, 전원 초음파에 제출 액체의 마이크로 버블의 붕괴 폐쇄음. 거품의 폭력적인 붕괴는 화학적으로 반응성 종의 형성과 빛이라는 음파 발광의 방출에 이르게한다. 이 논문에서, 우리는 극단적 인 intrabubble 조건과 솔루션의 음향 공동 현상의 화학 반응의 연구를 허용하는 방법을 설명합니다. 고귀한 가스 살포 물 음파 발광 스펙트럼의 분석은 비평 형 플라즈마의 형성에 대한 증거를 제공한다. 광자와 캐비테이션 버블 생성 "핫"입자들은 화학적 반응성을 증가 해법에 비 휘발성 종을 자극 할 수 있습니다. 예를 들어 산성 용액에서 우라 닐 이온의 ultrabright 음파 발광의 메커니즘은 우라늄 농도에 따라 달라집니다: sonophotoluminescence 희석 솔루션을 지배하고, 충돌하는 작은 여자가 더 높은 우라늄 농도에 기여하고있다. 보조 초음파 화학 제품은 버블의 내부에 형성되어 화학적으로 활성 종으로부터 발생하지만, 그 다음 액체상으로 확산 및 다양한 제품을 형성하기 위해 용액 전구체와 반응 할 수있다. 예를 들어, 순수한 물에 백금 (IV)의 초음파 화학 감소는 모든 템플릿이나 상한 에이전트없이 금속 백금의 단 분산 나노 입자를위한 혁신적인 합성 경로를 제공합니다. 많은 연구는 분할 된 고체를 활성화 초음파의 이점을 보여준다. 일반적으로, 초음파의 기계적 효과는 강하게 화학 효과 외에 이종 시스템에 기여한다. 특히, 때문에 두 효과에 순수한 물 수율 플루토늄의 안정된 콜로이드의 PuO 2 분말의 sonolysis.
Introduction
같은 고체 표면의 청소, 액체의 탈기, 재료 과학, 환경 개선, 의학 등 다양한 산업 및 연구 분야에서 전력 초음파의 사용은 지난 10 일 동안 많은 관심을 받고있다. 초음파 처리는, 변환을 증가 수율을 향상시키고, 균질 용액뿐만 아니라 이종 시스템의 반응을 개시한다. 이것은 일반적으로 전력이 초음파 조사 유체의 미세 기포 붕괴 폐쇄음, 액체에 초음파 진동의 물리적 및 화학적 효과 즉, 음향 캐비테이션으로부터 발생하거나 허용한다. 캐비테이션 기포의 붕괴 격렬한 화학적 활성 종 및 음파 발광의 생성을 책임진다 버블 가스상 과도 극한 조건을 생성한다. 그럼에도 불구하고, 논쟁은 여전히 극한 상황의 기원에 계속됩니다. 분광 analysi음파 발광의의는 더 나은 거품 붕괴시 발생하는 프로세스를 이해하는 데 도움이됩니다. 물, 불활성 기체로 포화, 음파 발광 스펙트럼은 오하이오에서 구성됩니다 (2 Σ +-X 2 Π I), 오하이오 (C 2 S +-2 S의 +) 밴드와 UV에서 NIR 부분에 이르기까지 폭 넓은 연속 발광 스펙트럼의 3. OH의 분광 분석 (2 Σ +-X 2 Π I) 배출 밴드 물 4, 5 sonolysis 동안 비평 형 플라즈마의 형성을 밝혀. 낮은 초음파 주파수에서, 구 스티 너 브로이 파동 분포 약하게 흥분 플라즈마가 형성된다. 반대로, 고주파수 초음파에서 붕괴 내부 플라즈마는 강한 진동 여진 전형적인 전시 트레 널 동작 거품. vibronic 온도 (T의 V, T 전자가)에서 더 과감한 intrabubble 조건을 나타내는 초음파 주파수에 따라 증가 고주파수의 초음파.
원칙적으로, 각각의 캐비테이션 버블은 플라즈마 화학적 마이크로 반응기는 벌크 용액을 거의 실온에서 고 에너지 처리를 제공하는 것으로 간주 될 수있다. 광자 및 거품 안에 생성 "핫"입자 따라서 그들의 화학적 반응성을 증가 해법에 비 휘발성 종을 자극 할 수 있습니다. 예를 들어, 산성 용액의 우라 닐 이온의 ultrabright 음파 발광의 메커니즘은 우라늄 농축에 의해 영향을 받는다 : "뜨거운"입자와의 충돌을 통해 광자 흡수 / 희석 솔루션의 재 방출하고, 여자는 높은 우라 닐 농도 6에 기여하고있다. 캐비테이션 기포에 의해 생성 된 화학 종은 템플릿이나 캐핑 대리인없이 금속 나노 입자의 합성에 사용될 수있다. 아르곤으로 살포 순수한 물에서 백금의 초음파 화학 감소 (IV) 단 분산 nanopartic를 산출 초음파 화학 물 분자의 분리에서 발행 된 수소에 의해 발생금속 백금 7의 레. 초음파 화학 환원은 포름산 또는 아르곤 / CO 가스 혼합물의 존재 하에서 매니 가속된다.
대부분의 이전의 연구는 화학적으로 인해 활성화 8,9 이외에 기계적 효과로 분할 된 고체의 표면을 활성화하는 초음파의 장점을 보여 주었다. 캐비테이션 거품보다 크기가 훨씬 더 적은 소형 고체 입자가 붕괴의 대칭을 교란하지 않습니다. 캐비테이션 이벤트가 큰 집계 근처 또는 확장 된 표면 근처에 발생하는 경우에는, 거품 클러스터 disaggregating와 고체 표면의 침식에 이르는 초음속 마이크로 제트를 형성, 비대칭 내파. 아르곤으로 살포 순수 플루토늄 이산화탄소의 초음파 처리로 인해 물리적, 화학적 효과 10 플루토늄 (IV)의 안정된 나노 콜로이드의 형성의 원인이됩니다.
Protocol
Representative Results
Discussion
음파 발광 및 sonochemistry 성공적 관찰에 가장 중요한 매개 변수는 1) 엄격한 포화 가스를 제어하고 초음파 처리 중에 대량의 온도, 2)는 초음파 주파수의 신중한 선택, 3) 급냉을 방지하기 위해 초음파 처리 용액의 최적 조성물을 사용.
초음파 화학 반응의 동역학뿐만 아니라 음파 발광의 강도는 초음파에 제출 용액의 온도에 매우 민감하다 : 대부분의 "일반적인"화학 반?…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
저자는 프랑스 ANR (부여 ANR-10-BLAN-0810 NEQSON)와 CEA / DEN / Marcoule을 인정하고 싶습니다.
Materials
| 20 kHz Ultrasound Generator | Sonics Vibracell | ||
| Multifrequency Generator AG 1006 | T&C Power Conversion | ||
| Cryostat RE210 | Lauda | ||
| Spectrometer SP 2356i | Roper Scientific | ||
| CCD camera SPEC10-100BR cooled with liquid nitrogen | Roper Scientific | ||
| Quadrupole mass-spectrometer PROLAB 300 | Thermoscientific | ||
| Centrifuge Sigma 1-14 | Sigma-Aldrich | ||
| H2PtCl6 6H2O | Sigma-Aldrich | ||
| Ar; Ar/CO gases | Air Liquid | ||
| Uranium and Plutonium compounds | Prepared in the laboratories of Marcoule Research Center | ||
| Perchloric acid | Sigma-Aldrich | ||
| Phosphoric acid | Sigma-Aldrich | ||
| Formic acid | Sigma-Aldrich |
Riferimenti
- Mason, T. J., Lorimer, J. P. Applied Sonochemistry. The Uses of Power Ultrasound in Chemistry and Processing. Wiley-VCH Verlag GmbH. , (2002).
- Suslick, K. S. . Ultrasound: Its Chemical, Physical, and Biological Effects. , (1988).
- Pflieger, R., Brau, H. -. P., Nikitenko, S. I. Sonoluminescence from OH(C2Σ+) and OH(A2Σ+) Radicals in Water: Evidence for Plasma Formation during Multibubble Cavitation. Chem. Eur. J. 16, 11801-11803 (2010).
- Ndiaye, A. A., Pflieger, R., Siboulet, B., Molina, J., Dufreche, J. -. F., Nikitenko, S. I. Nonequilibrium Vibrational Excitation of OH Radicals Generated during Multibubble Cavitation in Water. J. Phys. Chem. A. 116, 4860-4867 (2012).
- Ndiaye, A. A., Pflieger, R., Siboulet, B., Nikitenko, S. I. The Origin of Isotope Effects in Sonoluminescence Spectra of Heavy and Light. Angew. Chem. Int. Ed. 52, 2478-2481 (2013).
- Pflieger, R., Cousin, V., Barré, N., Moisy, P., Nikitenko, S. I. Sonoluminescence of Uranyl Ions in Aqueous Solutions. Chem. Eur. J. 18, 410-414 (2012).
- Chave, T., Navarro, N. M., Nitsche, S., Nikitenko, S. I. Mechanism of Pt(IV) Sonochemical Reduction in Formic Acid Media and Pure Water. Chem. Eur. J. 18, 3879-3885 (2010).
- Thompson, L. H., Doraiswamy, L. K. Sonochemistry: science and engineering. Ind. Eng. Chem. Res. 38, 1215-1249 (2012).
- Nikitenko, S. I., Venault, L., Pflieger, R., Chave, T., Bisel, I., Moisy, P. Potential applications of sonochemistry in spent nuclear fuel reprocessing: a short review. Ultrason. Sonochem. 17, 1033-1040 (2010).
- Chave, T., Den Auwer, C., Moisy, P., Nikitenko, S. I. Sonochemical formation of Pu(IV) colloids. ATALANTE 2012 Nuclear chemistry for sustainable fuel cycles. , (2012).
- Baird, C. P., Kemp, T. J. Luminescence spectroscopy, lifetimes and quenching mechanisms of excited states of uranyl and other actinide ions. Prog. React. Kinet. 22 (2), 87-139 (1997).
- Marcantonatos, M. D. Photochemistry and exciplex of the uranyl ion in aqueous solution. J. Chem. Soc. Faraday Trans. 76, 1093-1097 (1980).
- Burrows, H. D., Kemp, T. J. Photochemistry of uranyl ion. Chem. Soc. Rev. 3, 139-165 (1974).
- Kazakov, V. P., Sharipov, G. L., Sadykov, P. A. Specific quenching of the radioluminescence from UO22+ ions by the products of radiolysis in acidic solutions. High Energy Chemistry (Khimiya Vysokikh Energii. 16, 376-377 (1982).
- Katz, J. J., Seaborg, G. T., Morss, L. R. 2nd ed. The Chemistry of the Actinide Elements. , (1986).
- Rabinowitch, E., Belford, R. L. . Spectroscopy and Photochemistry of Uranyl Compounds. , (1964).
- Mizukoshi, Y., Takagi, E., Okuno, H., Oshima, R., Maeda, Y., Nagata, Y. Preparation of platinum nanoparticles by sonochemical reduction of the Pt(IV) ions: role of surfactants. Ultrason. Sonochem. 8, 1-6 (2001).
- Fischer, C. H., Hart, E. J., Henglein, A. Ultrasonic Irradiation of Water in the Presence of 18,18O2: Isotope Exchange and Isotopic Distribution of H2O2. J. Phys. Chem. 90, 1954-1956 (1986).
- Nikitenko, S. I., Martinez, P., Chave, T., Billy, I. Sonochemical Disproportionation of Carbon Monoxide in Water: Evidence for Treanor Effect during Multibubble Cavitation. Angew. Chem. Int. Ed. 48, 9529-9532 (2009).
- Surendran, G., et al. From self-assembly of platinum nanoparticles to nanostructured materials. Small. 1, 964-967 (2005).
- Chave, T., Grunenwald, A., Ayral, A., Lacroix-Desmazes, P., Nikitenko, S. I. Sonochemical deposition of platinum nanoparticles on polymer beads and their transfer on the pore surface of a silica matrix. J. Colloid Interface Sci. 395, 81-84 (2013).
- Virot, M., et al. Catalytic dissolution of ceria under mild conditions. J. Mater. Chem. 22, 14734-14740 (2012).
- Virot, M., Chave, T., Nikitenko, S. I., Shchukin, D. G., Zemb, T., Moehwald, H. Acoustic cavitation at the water-glass interface. J. Phys. Chem. C. 114, 13083-13091 (2010).
- Virot, M., Pflieger, R., Skorb, E. V., Ravaux, J., Zemb, T., Mohwald, H. Crystalline silicon under acoustic cavitation: from mechanoluminescence to amorphization. J. Phys. Chem. C. 116, 15493-15499 (2012).
- Walther, C., et al. New insights in the formation processes of Pu(IV) colloids. Radiochim. Acta. 97, 199-207 (2009).
- Young, F. R. . Sonoluminescence. , (2004).
- Pflieger, R., Schneider, J., Siboulet, B., Möhwald, H., Nikitenko, S. I. Luminescence of trivalent lanthanide ions excited by single-bubble and multibubble cavitations. J. Phys. Chem. B. 117, 2979-2984 (2013).
