Die Autoren möchten die Französisch ANR (grant ANR-10-0810-BLAN NEQSON) und CEA / DEN / Marcoule bestätigen.

1. Messung von Uran Sonolumineszenz Der Thermostat zylindrischen sonoreactor ist oben auf einem Hochfrequenz-Schallkopf bietet 203 oder 607 kHz Ultraschall montiert. Ultraschallbestrahlung mit niederfrequentem Ultraschall von 20 kHz mit einem 1 cm 2 Titanhorn reproduzierbar auf der Oberseite des Reaktors angeordnet geführt. Die Emissionsspektren im Bereich von 230 bis 800 nm unter Verwendung eines Spektrometers, der mit einem aufgezeichneten flüssigem Stickstoff gekühlte CCD-Kamera. Wasserstoff in dem Austrittsgas wird gleichzeitig mit der spektroskopischen Untersuchung mit einem Quadrupol-Massenspektrometer (MS) gemessen. <ol><li> Bereiten Sie die sonoreactor durch dicht Anbringen der Glasteil auf die Hochfrequenzwandler und dem Teflon Deckel hält die 20 kHz Horn auf der Glasteil. Setzen Sie den sonoreactor auf der Translationsbühne und mit den beiden Spiegeln der Mitte des Reaktors, ausrichten, um Bild auf den Eintrittsspalt des Emissionsspektrometer. </li&gt; <li> Bereiten Uranyl-Lösungen in Perchlorsäure durch Auflösen gewichtete UO 3 Proben von CETAMA / CEA Frankreich vorgesehen ist, in einem minimalen Volumen konzentrierte HClO4 unter Erhitzen. Stellen Sie dann das Volumen der Lösung mit verdünnter HClO 4. Um Uranyl Lösungen in H 3 PO 4 herzustellen lösen UO 3 Proben in konzentrierter HClO 4, dampft das erhaltene Lösung auf die trockenen Salze zu lösen und diesen in der gewünschten Menge von 0,5 MH 3 PO 4. </li><li> Setzen Sie die Lösung in den sonoreactor studieren. Dicht ersetzen Sie die 20 kHz Horn. In Thermoelement-und Einlassgasschlauch auf den sonoreactor Steckdose und verbinden Sie das Gasrohr zum Eingang des Massenspektrometers. </li><li> Setzen Sie auf den Kryostaten bei ~ 0-1 ° C. Lassen Argonbläschen in der Lösung bei einer Fließrate von 100 ml / min für mindestens 30 min und folgen Ar und H 2 MS-Signale. </li><li> Wenn MS-Signale konstant sind, schalten Sie die Ultraschall-Generator(Entweder die Hochfrequenz ein, bei 60-80 W, 20 kHz oder eine, bei 35 W) und ca. 20 min warten, bis ein Beharrungstemperatur von ca. 10 ° C im sonoreactor erreicht ist. Das H 2 MS-Signal erhöhen sollte, was Kavitation und Wasser Sonolyse. </li><li> Schließen Sie die lichtdichten Kasten um den sonoreactor und messen Sonolumineszenz Spektren, die jeweils während 300 Sekunden, um eine gute Signalintensität zu gewährleisten. Für jeden Wellenlängenintervall machen drei Spektren, um das Signal-Rausch-Verhältnis zu erhöhen und legte zweiter Ordnung Lichtfilter, wenn nötig. </li><li> Nach der Messung der SL-Spektren, schalten Sie die Ultraschall-Generator und halten Messen MS-Signale, bis eine schöne Grundlinie erreicht ist. Zur gleichen Zeit, zu messen Emissionsspektren in Abwesenheit der USA, die erlauben, SL-Spektren für Parasiten Licht korrigieren wird. </li></ol> 2. Sonochemische Reduktion von Pt (IV) in wässrigen Lösungen <ol><li> Eine 5 g / L Pt (IV)-Lösung ausgehend von H 2 &lt;/ Sub&gt; PtCl 6 · 6 H 2 O Salz. Bemerkungen: Platinsalze sind leicht und feuchtigkeitsempfindlich. Halten Sie die restlichen Salz unter einer inerten Atmosphäre und, wenn möglich, führen Sie die Gewichtungsverfahren in einem nicht-reaktiven Gasatmosphäre Handschuhfach. </li><li> Unter einer Dunstabzugshaube, die Einrichtung eines 50 ml luftdichten Glasreaktor mit Doppelmantel (Abbildung 6) ausgestattet. <img alt="Fig. 6" fo:content-width="5in" src="/files/ftp_upload/51237/51237fig6highres.jpg" width="500" /> Abbildung 6:.. Versuchsaufbau für Pt (IV) sonochemischen Reduktion bei 20 kHz ein Ultraschallgenerator von 20 kHz Ultraschall mit 750 W maximaler Strom, 2 Piezokeramische Wandler, 3 Titan-Horn, 4 Kombiniertes Reaktor, 5... . Gaseinlass, 6. Probenablauf, 7. Thermoelement, 8. PTFE-Ring. </li><li> Anlegen des Reaktors mit einem Pt-100 ThermoPaar, ein Septum, ein PTFE-Gaseinlass und einen Gasauslass mit Durchflussmesser in dem Bereich von 100 ml / min kalibriert. Schließen Sie den Gasaustritt zu einer Wasserfalle (Molekularsiebe) und schließlich zu einem Gas-Massenspektrometer. VORSICHT: Achten Sie darauf, das Gas in der Abzugshaube zu evakuieren, da CO ist eine sehr schädliche Verbindung. Ein CO-Gasdetektor im Labor ist obligatorisch. </li><li> An der Spitze des Reaktors, fix eine 1 cm ² Titan-Sonde mit einem piezoelektrischen Wandler mit einem 20-kHz-Generator zugeführt. Sicherzustellen, dass die Sonotrode Spitze bei etwa 2 cm vom Boden des Reaktors. </li><li> Vor Experimenten, starten Sie den Kühler und die Temperatur auf -18 ° C In der Zwischenzeit werden 50 ml entionisiertes Wasser in dem Reaktor und machen das Ar / CO (10%) Gasblasenbildung tief in die Lösung mit einer Strömungsgeschwindigkeit etwa 100 ml / min. Stellen Sie sicher, dass es keine große Leckage durch Überprüfung der Gasaustrittsdurchflussrate. Stellen Sie sicher, dass die Sonotrode Spitze 1 bis 2 cm unter der Oberflächedie Flüssigkeit und starten Sie den gasförmigen Produkten Überwachung. </li><li> Nach 10 bis 15 Minuten, fixieren Sie die Gaseinlass knapp unter der Oberfläche der Flüssigkeit und einmal die Kältemaschine die Setup-Temperatur erreicht, starten Sie den Ultraschall-Bestrahlung mit einer Schallleistung von 17 W / ml. </li><li> Nach 15 bis 20 Minuten von Ultraschallbestrahlung, überprüfen Sie, dass die Temperatur einen stabilen Zustand um die 40 ° C erreicht Wenn nicht, ändern Sie die Einstellungen Kühler, um diese Anforderung zu erfüllen. </li><li> Nehmen Sie eine genaue Menge des H 2 PtCl 6-Lösung mit Hilfe einer Spritze mit einer Nadel aus rostfreiem Stahl ausgestattet. Die Nadel vorsichtig durch das Septum einzuführen und injizieren Sie die Lösung innerhalb der Kavitation Zone unterhalb der Sonotrode Spitze. Waschen Sie die Spritze durch vorsichtiges Pumpen der Lösung und aus und endlich eine 1 ml Probe. Wiederholen des Probenahmeverfahrens in regelmäßigen Zeitintervallen von 15 bis 30 min. </li><li> Messung der Gesamtkonzentration Evolution Pt-Ionen in Lösung durch ICP-OES-Analyse nach Verdünnung der einliquots in 0,3 M HNO 3. In der Zwischenzeit bestimmt die Menge von Pt (IV)-Ionen innerhalb des Systems durch die folgende 260-nm-Band im UV / Vis-Spektroskopie. </li><li> Sobald keine Platin-Ionen in der Lösung nachgewiesen werden, schalten Sie die Ultraschallbestrahlung, schalten Sie die Gasblasenbildung und der Kältemaschine. Nehmen Sie die Platin-Nanopartikel-Suspension aus dem Reaktor. </li><li> Vor der Analyse der TEM, versuchen, die Suspension bei hoher Drehzahl (20.414 × g) für mindestens 20 min zentrifugieren. Entfernen Sie vorsichtig den Überstand und speichern Sie die Kaution nach Trocknung bei Raumtemperatur unter Vakuum oder lassen Sie es in einer kleinen Menge Wasser. </li><li> Einige Proben kann sehr schwierig, sich zu konzentrieren und kann länger Zentrifugation Zeit brauchen. Wenn es nicht erfolgreich ist, verwenden Sie dieses Verfahren nur, um die Platin-Nanopartikeln von den größeren Titanpartikel in Lösung während der Ultraschallbestrahlung freigegeben trennen und dann halten Sie den Überstand dieser Zeit. </li><li> Dispersions einen Tropfen Überstandoder wenigen Milligramm der getrockneten Produkte in absolutem Ethanol oder Isopropanol. Kaution einen Tropfen der Suspension auf einem Kohlenstoff beschichteten Kupfernetz und fahren Sie mit dem HR-TEM-Analyse nach Gesamtverdampfung des Lösungsmittels. </li></ol> 3. Sonochemische Synthese von Plutonium Kolloid- In Marcoule wird das ATALANTE Anlage mit mehreren heißen Labors und abgeschirmt Zelllinien widmet sich der Forschung und Entwicklung für Kernbrennstoffkreislauf ausgestattet. Einer der Handschuhkästen ist mit der Untersuchung der Reaktionen der Actiniden sonochemischen gewidmet. <ol><li> Aussetzen 200 mg PuO 2 (S BET = 13,3 m 2 / g) in 50 ml reinem Wasser in der sonochemischen Reaktor in der Glovebox entfernt. </li><li> Anlegen des Reaktors mit dem engen Teflonring und dem 20-kHz-Ultraschallsonde. Vor jedem Versuch, schrauben eine neue Spitze, um eine maximale Wirkung der Kavitation zu gewährleisten und vermeiden Sie die Ansammlung von Titanpartikel in Lösung von der Spitze Erosion entstehen. </li&gt; <li> Stellen Sie die Temperatur des Kryostaten (Huber CC1), die außerhalb der Glove-Box niedrig genug, um den Temperaturanstieg in der Lösung nach der Ultraschall verwalten wird eingeschaltet werden entfernt. Beachten Sie, dass das Kühlsystem mit einem Wärmetauscher ausgestattet, um radioaktive Verunreinigungen außerhalb der Barriere zu verhindern. Einfügen der fest Thermoelement in der Zelle, um die Temperatur der Lösung zu steuern. </li><li> Lassen Sie sprudelt die Lösung mit reinem Argon 20 min vor der Ultraschallbehandlung (100 ml / min). Beachten Sie, dass die Ar-Blasenbildung während der gesamten Ultraschallexperimente angewandt werden, um die maximale Wirkung der akustischen Kavitation sicherzustellen. </li><li> Gesetzt den Ultraschallgenerator auf die entsprechende Amplitude (~ 30%), um die gewünschte akustische Leistung P ac (17 W / cm 2) zu der Lösung zuge erhalten. Beachten Sie, dass die akustische Leistung wird zuvor mit dem Temperaturfühler 22 Verfahren gemessen. Verwendung der geeigneten Bedingungen, die Akkumulation von Wasserstoffperoxid in Lösung (resultierendeaus der Kombination von Hydroxylradikalen durch homolytischen Dissoziation von Wassermolekülen beschallt) induziert wird, vorher in reinem Wasser gemessen, um das System zu kalibrieren und damit die Reproduzierbarkeit des Experiments. </li><li> Schalten Sie die Ultraschall-Generator und beschallen die PuO 2-Lösung. Anpassen der Einstellungen Kryostat, eine Temperatur von 30 ° C in der Lösung zu erhalten. </li><li> Sobald die Kolloide (nach 12.05 h Bestrahlung) gebildet, Abschaltung der Ultraschallgenerator, wird die Lösung in Zentrifugenröhrchen und Zentrifuge während 10 min (22.000 xg), um die feste Phase zu entfernen. </li><li> UV-Vis-Spektrometer kann danach für die direkte Analyse und Charakterisierung von Pu Kolloide verwendet werden. Während der Beschallung wurde die Kinetik der H 2 O 2-Anreicherung in Lösung unter Ultraschallbestrahlung kann auch durch die kolorimetrische Methode bei 410 nm (ε = 780 M -1 cm -1) nach Verdünnung 500 ul Proben Lösung gemessen werdenmit 500 ul TiOSO 4 (2 x 10 -2 M in 2 M HNO 3 bis 0,01 M [N 2 H 5], [NO 3]), gefolgt von Zentrifugation. </li></ol>

<ol>
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V., Ravaux, J., Zemb, T., Mohwald, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Crystalline+silicon+under+acoustic+cavitation:+from+mechanoluminescence+to+amorphization.">Crystalline silicon under acoustic cavitation: from mechanoluminescence to amorphization.</a> J. Phys. Chem. C. 116, 15493-15499 (2012).</li><li>Walther, C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=New+insights+in+the+formation+processes+of+Pu(IV)+colloids.">New insights in the formation processes of Pu(IV) colloids.</a> Radiochim. Acta. 97, 199-207 (2009).</li><li>Young, F. 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Die Autoren haben nichts zu offenbaren.

Die wichtigsten Parameter für eine erfolgreiche Beobachtung Sonolumineszenz und sonochemistry sind: 1) eine strenge Kontrolle des Sättigungsgases und die Massetemperatur während der Beschallung, 2) die sorgfältige Auswahl der Ultraschallfrequenz, 3) mit einer optimalen Zusammensetzung der Lösung mit Ultraschall behandelt, um ein Abschrecken zu verhindern. Die Kinetik der sonochemischen Reaktionen sowie die Intensität Sonolumineszenz ist sehr empfindlich auf die Temperatur des Ultrascha...

Der Einsatz von Leistungsultraschall in zahlreichen Industrie-und Forschungsbereiche, wie zB die Reinigung von festen Oberflächen, Entgasung von Flüssigkeiten, Materialwissenschaften, Umweltsanierung und Medizin, hat viel Aufmerksamkeit in der letzten Dekade 1 empfangen. Die Ultraschallbehandlung erhöht die Umwandlung, die Ausbeute verbessert, und leitet die Reaktionen in homogener Lösung als auch in heterogenen Systemen. Es ist allgemein anerkannt, dass die physikalischen und chemischen Effekte der Ultraschallschwingungen in Flüssigkeiten ergeben sich aus akustischer Kavitation oder, in anderen Worten, um die implosive Zusammenbruch der Mikrobläschen in Flüssigkeiten mit Leistungsultraschall 2 bestrahlt. Gewaltsame Implosion der Kavitationsblasen erzeugt transiente extremen Bedingungen in der Gasphase des Bläschens, welche die Bildung von chemisch aktiven Spezies und Sonolumineszenz verantwortlich sind. Dennoch Debatte noch weiter über die Herkunft der extremen Bedingungen. Spektroskopische analysis der Sonolumineszenz hilft, die Prozesse bei der Blasenkollaps auftreten besser zu verstehen. In Wasser mit Edelgasen gesättigt, die Sonolumineszenz Spektren von OH aus (A 2 Σ +-X 2 Π i), OH (C 2 S +-A 2 S +)-Bands und ein breites Kontinuum von UV bis NIR Teil der Emissionsspektren 3. Spektroskopische Analyse von OH (A 2 Σ +-X 2 Π i) Emissionsbanden zeigte die Bildung von Nichtgleichgewichtsplasma während Sonolyse Wasser 4, 5. Bei niedrigen Ultraschallfrequenz, schwach angeregt Plasma mit Brau Schwingungsverteilung gebildet wird. Im Gegensatz zu Hochfrequenz-Ultraschall, das Plasma im Inneren kollabierenden Blasen Exponate Treanor Verhalten ist typisch für starke Schwingungsanregung. Die Schwingungs Temperaturen (T v, T e) steigen mit Ultraschallfrequenz anzeigt drastischere intrabubble Bedingungen bei HochFrequenz-Ultraschall. Im Prinzip kann jeder Kavitationsblase als plasmachemische Mikroreaktor die Bereitstellung hochenergetische Prozesse in nahezu Raumtemperatur von der Gesamtlösung betrachtet werden. Die Photonen und die in der Blase erzeugten &quot;heiße&quot; Teilchen zu ermöglichen, die nicht-flüchtige Spezies in Lösung zu erregen damit ihre chemische Reaktivität erhöht wird. Zum Beispiel ist der Mechanismus der ultra Sonolumineszenz von Uranylionen in sauren Lösungen von Urankonzentration beeinflusst: Photonen-Absorption / Re-Emission in verdünnten Lösungen und Anregung über Kollisionen mit &quot;heißen&quot; Teilchen trägt zu höheren Konzentration Uranyl 6. Von Kavitationsblasen erzeugt chemischen Spezies kann für die Synthese von metallischen Nanopartikeln ohne Schablonen oder Verkappungsmittel verwendet werden. In reinem Wasser mit Argon gespült, die sonochemischen Reduktion von Pt (IV) tritt von Wasserstoff aus Wassermolekülen sonochemischen Aufspaltung ergibt monodispersen nanopartic ausgestelltles von metallischem Platin 7. Sonochemischen Reduktion Verteiler in Gegenwart von Ameisensäure oder Ar / CO Gasgemisch beschleunigt. Viele frühere Studien haben die Vorteile des Ultraschall gezeigt, die Oberfläche des verteilten Feststoffen aufgrund der mechanischen Effekte zusätzlich zu chemischen Aktivierung 8,9 aktivieren. Kleine Feststoffpartikel, deren Größe wesentlich geringer als die Kavitationsblasen nicht stören die Symmetrie des Zusammenbruchs. Wenn jedoch eine Kavitation Veranstaltung in der Nähe von großen Aggregaten oder in der Nähe von ausgedehnten Oberfläche tritt die Blase implodiert asymmetrisch, wodurch ein Überschall-Mikrostrahl, die zum Cluster aufgespalten und auf die feste Oberfläche Erosion. Ultraschall-Behandlung von Plutonium Kohlendioxid in reinem Wasser mit Argon gespült, verursacht die Bildung von stabilen Nanokolloide von Plutonium (IV) durch physische und chemische Einwirkungen 10.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" width="573">
	<tbody>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">20 kHz Ultrasound Generator</td>
			<td style="width:71px;">Sonics Vibracell</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="84">
			<td height="84" style="height:84px;width:216px;">Multifrequency Generator AG 1006</td>
			<td style="width:71px;">T&#38;C Power&#160; Conversion</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Cryostat RE210&#160;</td>
			<td style="width:71px;">Lauda</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">Spectrometer SP 2356i</td>
			<td style="width:71px;">Roper Scientific</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">CCD camera SPEC10-100BR cooled with liquid nitrogen</td>
			<td style="width:71px;">Roper Scientific</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">Quadrupole mass-spectrometer PROLAB 300</td>
			<td style="width:71px;">Thermoscientific</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">Centrifuge Sigma 1-14</td>
			<td style="width:71px;">Sigma-Aldrich</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">H2PtCl6 6H2O</td>
			<td style="width:71px;">Sigma-Aldrich</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Ar; Ar/CO gases</td>
			<td style="width:71px;">Air Liquid</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">Uranium and Plutonium compounds</td>
			<td style="width:71px;"></td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td>Prepared in the laboratories of Marcoule Research Center</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">Perchloric acid</td>
			<td style="width:71px;">Sigma-Aldrich</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">Phosphoric acid</td>
			<td style="width:71px;">Sigma-Aldrich</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">Formic acid</td>
			<td style="width:71px;">Sigma-Aldrich</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

activating molecules, ions, and solid particles with acoustic cavitation

Die chemischen und physikalischen Effekte des Ultraschalls entstehen nicht aus einer direkten Wechselwirkung von Molekülen mit Schallwellen, sondern von der akustischen Kavitation: Die Keimbildung, Wachstum und implosive Zusammenbruch der Mikrobläschen in Flüssigkeiten an die Macht Ultraschall eingereicht. Die gewaltsame Implosion der Blasen führt zur Bildung von chemisch reaktiven Spezies und die Emission von Licht, mit dem Namen Sonolumineszenz. In diesem Manuskript, beschreiben wir die Techniken, so dass Studium der extremen intrabubble Bedingungen und chemische Reaktivität akustische Kavitation in Lösungen. Die Analyse der Spektren Sonolumineszenz von Wasser mit Edelgase eingeblasen bietet Belege für Nichtgleichgewichtsplasmabildung. Die Photonen und die &quot;heiße&quot; Teilchen, die durch Kavitation erzeugten Blasen zu ermöglichen, die nicht-flüchtige Spezies in Lösung zu erregen Erhöhung ihrer chemischen Reaktivität. Beispielsweise der Mechanismus der ultra Sonolumineszenz von Uranylionen in sauren Lösungen variiert mit Urankonzentration: Sonophotoluminescence dominiert in verdünnten Lösungen und Stoßanregung trägt bei höheren Urankonzentration. Sekundär sonochemischer Erzeugnisse aus chemisch aktiven Spezies, die in der Blase ausgebildet sind, ergeben sich aber dann in der flüssigen Phase zu diffundieren und mit Lösung Vorläufer reagieren, um eine Vielzahl von Produkten zu bilden. Beispielsweise die Verringerung der sonochemischen Pt (IV) in reinem Wasser stellt eine innovative Syntheseweg für monodisperse Nanopartikel aus metallischem Platin ohne Schablonen oder Verkappungsmittel. Viele Studien zeigen die Vorteile von Ultraschall, um die verteilten Feststoffen zu aktivieren. Im allgemeinen sind die mechanischen Effekte von Ultraschall stark in heterogenen Systemen neben der chemischen Wirkung beitragen. Insbesondere die Sonolyse von PuO 2-Pulver in reinem Wasser ergibt stabile Kolloide von Plutonium aufgrund beider Effekte.

Uranylion Sonolumineszenz ist extrem schwach in HClO4-Lösungen: Obwohl typische Lichtabsorption durch UO 2 2 +-Ionen unterhalb 500 nm, Emissionslinien von angeregten (UO 2 2 +) beobachtet * (bei ​​512 nm und 537 nm zentriert) sind kaum zu sehen (Fig. 1). Der SL von UO 2 2 + wird abgeschreckt. Das Abschrecken kann die Reduktion des angeregten Uranylion durch ein koordiniertes Wassermolekül 11-13<...

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Activating Molecules, Ions, and Solid Particles with Acoustic Cavitation

Akustische Kavitation in Flüssigkeiten Leistungsultraschall eingereicht schafft vorübergehende extremen Bedingungen im Inneren der kollabierenden Bläschen, die die Herkunft des ungewöhnlichen chemischen Reaktivität und die Lichtemission, wie Sonolumineszenz bekannt. In Gegenwart von Edelgasen, Nichtgleichgewichtsplasma gebildet wird. Die &quot;heiße&quot; Teilchen und Photonen durch Kollabieren Blasen erzeugt werden können, Spezies in der Lösung anzuregen.

Aktivieren Moleküle, Ionen und Feststoffpartikeln mit Acoustic Cavitation

The chemical and physical effects of ultrasound arise not from a direct interaction of molecules with sound waves, but rather from the acoustic ...

activating-molecules-ions-and-solid-particles-with-acoustic-cavitation

Research

JoVE Journal

Chemistry

15.0K Aufrufe.  UMR 5257 CEA-CNRS-UM2-ENSCM.  Akustische Kavitation in Flüssigkeiten Leistungsultraschall eingereicht schafft vorübergehende extremen Bedingungen im Inneren der kollabierenden Bläschen, die die Herkunft des ungewöhnlichen chemischen Reaktivität und die Lichtemission, wie Sonolumineszenz bekannt. In Gegenwart von Edelgasen, Nichtgleichgewichtsplasma gebildet wird. Die "heiße" Teilchen und Photonen durch Kollabieren Blasen erzeugt werden können, Spezies in der Lösung anzuregen. 

Serie: Activating Molecules, Ions, and Solid Particles with Acoustic Cavitation

Origami Inspired Self-assembly of Patterned and Reconfigurable Particles

There are numerous techniques such as photolithography, electron-beam lithography and soft-lithography that can be used to precisely pattern two dimensional (2D) structures. These technologies are mature, offer high precision and many of them can be implemented in a high-throughput manner. We leverage the advantages of planar lithography and combine them with self-folding methods1-20 wherein physical forces derived from surface tension or residual stress, are used to curve or fold planar structures into three dimensional (3D) structures. In doing so, we make it possible to mass produce precisely patterned static and reconfigurable particles that are challenging to synthesize.
In this paper, we detail visualized experimental protocols to create patterned particles, notably, (a) permanently bonded, hollow, polyhedra that self-assemble and self-seal due to the minimization of surface energy of liquefied hinges21-23 and (b) grippers that self-fold due to residual stress powered hinges24,25. The specific protocol described can be used to create particles with overall sizes ranging from the micrometer to the centimeter length scales. Further, arbitrary patterns can be defined on the surfaces of the particles of importance in colloidal science, electronics, optics and medicine. More generally, the concept of self-assembling mechanically rigid particles with self-sealing hinges is applicable, with some process modifications, to the creation of particles at even smaller, 100 nm length scales22, 26 and with a range of materials including metals21, semiconductors9 and polymers27. With respect to residual stress powered actuation of reconfigurable grasping devices, our specific protocol utilizes chromium hinges of relevance to devices with sizes ranging from 100 &mu;m to 2.5 mm. However, more generally, the concept of such tether-free residual stress powered actuation can be used with alternate high-stress materials such as heteroepitaxially deposited semiconductor films5,7 to possibly create even smaller nanoscale grasping devices.

We describe experimental details of the synthesis of patterned and reconfigurable particles from two dimensional (2D) precursors. This methodology can be used to create particles in a variety of shapes including polyhedra and grasping devices at length scales ranging from the micro to centimeter scale.

Origami Inspired Selbstorganisation von Patterned und Reconfigurable Particles

There are numerous techniques such as photolithography, electron-beam lithography and soft-lithography that can be used to precisely pattern two ...

Forschung

Chemie

Dynamic Electrochemical Measurement of Chloride Ions

This protocol describes the dynamic measurement of chloride ions using the transition time of a silver silver chloride (Ag/AgCl) electrode. Silver silver chloride electrode is used extensively for potentiometric measurement of chloride ions concentration in electrolyte. In this measurement, long-term and continuous monitoring is limited due to the inherent drift and the requirement of a stable reference electrode. We utilized the chronopotentiometric approach to minimize drift and avoid the use of a conventional reference electrode. A galvanostatic pulse is applied to an Ag/AgCl electrode which initiates a faradic reaction depleting the Cl&#713; ions near the electrode surface. The transition time, which is the time to completely deplete the ions near the electrode surface, is a function of the ion concentration, given by the Nernst equation. The square root of the transition time is in linear relation to the chloride ion concentration. Drift of the response over two weeks is negligible (59 &#181;M/day) when measuring 1 mM [Cl&#713;]using a current pulse of 10 Am-2. This is a dynamic measurement where the moment of transition time determines the response and thus is independent of the absolute potential. Any metal wire can be used as a pseudo-reference electrode, making this approach feasible for long-term measurement inside concrete structures.

Dynamic measurement of chloride ions is presented. Transition time of an Ag/AgCl electrode, during a chronopotentiometric technique, can give the concentration of chloride ions in electrolyte. This method does not require a stable conventional reference electrode.

Dynamische elektrochemischen Messung von Chlorid-Ionen

This protocol describes the dynamic measurement of chloride ions using the transition time of a silver silver chloride (Ag/AgCl) electrode. Silver silver ...

X-ray Powder Diffraction in Conservation Science: Towards Routine Crystal Structure Determination of Corrosion Products on Heritage Art Objects

The crystal structure determination and refinement process of corrosion products on historic art objects using laboratory high-resolution X-ray powder diffraction (XRPD) is presented in detail via two case studies.
The first material under investigation was sodium copper formate hydroxide oxide hydrate, Cu4Na4O(HCOO)8(OH)2&#8729;4H2O (sample 1) which forms on soda glass/copper alloy composite historic objects (e.g., enamels) in museum collections, exposed to formaldehyde and formic acid emitted from wooden storage cabinets, adhesives, etc. This degradation phenomenon has recently been characterized as &#34;glass induced metal corrosion&#34;.
For the second case study, thecotrichite, Ca3(CH3COO)3Cl(NO3)2&#8729;6H2O (sample 2), was chosen, which is an efflorescent salt forming needlelike crystallites on tiles and limestone objects which are stored in wooden cabinets and display cases. In this case, the wood acts as source for acetic acid which reacts with soluble chloride and nitrate salts from the artifact or its environment.
The knowledge of the geometrical structure helps conservation science to better understand production and decay reactions and to allow for full quantitative analysis in the frequent case of mixtures.

Modern high resolution X-ray powder diffraction (XRPD) in the laboratory is used as an efficient tool to determine crystal structures of long-known corrosion products on historic objects.

X-ray Powder Diffraction in Conservation Science: Auf dem Weg Routine Kristallstrukturbestimmung von Korrosionsprodukten auf Heritage Kunstobjekte

The crystal structure determination and refinement process of corrosion products on historic art objects using laboratory high-resolution X-ray powder ...

Combining Solid-state and Solution-based Techniques: Synthesis and Reactivity of Chalcogenidoplumbates(II or IV)

The phases of &#34;PbCh2&#34; (Ch = Se, Te) are obtained from solid-state syntheses (i.e., by the fusion of the elements under inert conditions in silica glass ampules). Reduction of such phases by elemental alkaline metals in amines affords crystalline chalcogenidoplumbate(II) salts comprised of [PbTe3]2- or [Pb2Ch3]2- anions, depending upon which sequestering agent for the cations is present: crown ethers, like 18-crown-6, or cryptands, like [2.2.2]crypt. Reactions of solutions of such anions with transition-metal compounds yield (poly-)chalcogenide anions or transition-metal chalcogenide clusters, including one with a &#181;-PbSe ligand (i.e., the heaviest-known CO homolog).
In contrast, the solid-state synthesis of a phase of the nominal composition &#34;K2PbSe2&#34; by successive reactions of the elements and by the subsequent solvothermal treatment in amines yields the first non-oxide/halide inorganic lead(IV) compound: a salt of the ortho-selenidoplumbate(IV) anion [PbSe4]4-. This was unexpected due to the redox potentials of Pb(IV) and Se(-II). Such methods can further be applied to other elemental combinations, leading to the formation of solutions with binary [HgTe2]2- or [BiSe3]3- anions, or to large-scale syntheses of K2Hg2Se3 or K3BiSe3 via the solid-state route.
All compounds are characterized by single-crystal X-ray diffraction and elemental analysis; solutions of plumbate salts can be investigated by 205Pb and 77Se or 127Te NMR techniques. Quantum chemical calculations using density functional theory methods enable energy comparisons. They further allow for insights into the electronic configuration and thus, the bonding situation. Molecular Rh-containing Chevrel-type compounds were found to exhibit delocalized mixed valence, whereas similar telluridopalladate anions are electron-precise; the cluster with the &#181;-PbSe ligand is energetically favored over a hypothetical CO analog, in line with the unsuccessful attempt at its synthesis. The stability of formal Pb(IV) within the [PbSe4]4- anion is mainly due to a suitable stabilization within the crystal lattice.

Combining Solid-state and Solution-based Techniques: Synthesis and Reactivity of ChalcogenidoplumbatesII or IV

The synthesis of chalcogenidoplumbates(II,IV) via the in situ reduction of nominal "PbCh2" (Ch = Chalcogen) and via a solid-state reaction and subsequent solvothermal reactions is presented. Additionally, reactivities of plumbate(II) solutions are portrayed, which yield the heaviest-known CO homolog known to date: the &#181;-PbSe ligand.

Solid-State-und Lösungsorientierte Techniken Kombination: Synthese und Reaktivität von Chalcogenidoplumbates (II oder IV)

The phases of &#34;PbCh2&#34; (Ch = Se, Te) are obtained from solid-state syntheses (i.e., by the fusion of the elements under inert conditions in silica ...

Measurement of Particle Size Distribution in Turbid Solutions by Dynamic Light Scattering Microscopy

A protocol for measuring polydispersity of concentrated polymer solutions using dynamic light scattering is described. Dynamic light scattering is a technique used to measure the size distribution of polymer solutions or colloidal particles. Although this technique is widely used for the assessment of polymer solutions, it is difficult to measure the particle size in concentrated solutions due to the multiple scattering effect or strong light absorption. Therefore, the concentrated solutions should be diluted before measurement. Implementation of the confocal optical component in a dynamic light scattering microscope1 helps to overcome this barrier. Using such a microscopic system, both transparent and turbid systems can be analyzed under the same experimental setup without a dilution. As a representative example, a size distribution measurement of a temperature-responsive polymer solution was performed. The sizes of the polymer chains in an aqueous solution were several tens of nanometers at a temperature below the lower critical solution temperature (LCST). In contrast, the sizes increased to more than 1.0 &#181;m when above the LCST. This result is consistent with the observation that the solution turned turbid above the LCST.

A protocol for the direct measurement of particle size distribution in concentrated solutions using dynamic light scattering microscopy is presented.

Die Messung der Partikelgrößenverteilung in trüber Lösungen durch Dynamic Light Scattering Mikroskopie

A protocol for measuring polydispersity of concentrated polymer solutions using dynamic light scattering is described. Dynamic light scattering is a ...

Facile Preparation of Ultrafine Aluminum Hydroxide Particles with or without Mesoporous MCM-41 in Ambient Environments

An aqueous suspension of nanogibbsite was synthesized via the titration of aluminum aqua acid [Al(H2O)6]3+ with L-arginine to pH 4.6. Since the hydrolysis of aqueous aluminum salts is known to produce a wide array of products with a wide range of size distributions, a variety of state-of-the-art instruments (i.e., 27Al/1H NMR, FTIR, ICP-OES, TEM-EDX, XPS, XRD, and BET) were used to characterize the synthesis products and identification of byproducts. The product, which was comprised of nanoparticles (10-30 nm), was isolated using gel permeation chromatography (GPC) column technique. Fourier transform infrared (FTIR) spectroscopy and powder X-ray diffraction (PXRD) identified the purified material as the gibbsite polymorph of aluminum hydroxide. The addition of inorganic salts (e.g., NaCl) induced electrostatic destabilization of the suspension, thereby agglomerating the nanoparticles to yield Al(OH)3 precipitate with large particle sizes. By utilizing the novel synthetic method described here, Al(OH)3 was partially loaded inside the highly ordered mesoporous framework of MCM-41, with average pore dimensions of 2.7 nm, producing an aluminosilicate material with both octahedral and tetrahedral Al (Oh/Td = 1.4). The total Al content, measured using energy-dispersive X-ray spectrometry (EDX), was 11% w/w with a Si/Al molar ratio of 2.9. A comparison of bulk EDX with surface X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) elemental analysis provided insight into the distribution of Al within the aluminosilicate material. Furthermore, a higher ratio of Si/Al was observed on the external surface (3.6) as compared to the bulk (2.9). Approximations of O/Al ratios suggest a higher concentration of Al(O)3 and Al(O)4 groups near the core and external surface, respectively. The newly developed synthesis of Al-MCM-41 yields a relatively high Al content while maintaining the integrity of the ordered silica framework and can be used for applications where hydrated or anhydrous Al2O3 nanoparticles are advantageous.

An ultrafine aluminum hydroxide nanoparticle suspension was prepared via the controlled titration of [Al(H2O)]3+ with L-arginine to pH 4.6 with and without cage-effect confinement within mesoporous channels of MCM-41.

Facile Vorbereitung von ultrafeinen Aluminiumhydroxidpartikeln mit oder ohne mesoporösem MCM-41 in Umgebungsbedingungen

An aqueous suspension of nanogibbsite was synthesized via the titration of aluminum aqua acid [Al(H2O)6]3+ with L-arginine to pH 4.6. Since the hydrolysis ...

Preparation of Stable Bicyclic Aziridinium Ions and Their Ring-Opening for the Synthesis of Azaheterocycles

Bicyclic aziridinium ions were generated by the removal of an appropriate leaving group through internal nucleophilic attack by nitrogen atom in the aziridine ring. The utility of bicyclic aziridinium ions, specifically 1-azoniabicyclo[3.1.0]hexane and 1-azoniabicyclo[4.1.0]heptane tosylate highlighted in the aziridine ring openings by the nucleophile with the release of the ring strain to yield the corresponding ring-expanded azaheterocycles such as pyrrolidine, piperidine and azepane with diverse substituents on the ring in regio- and stereospecific manner. Herein, we report a simple and convenient method for the preparation of the stable 1-azabicyclo[4.1.0]heptane tosylate followed by selective ring opening via a nucleophilic attack either at the bridge or at the bridgehead carbon to yield piperidine and azepane rings, respectively. This synthetic strategy allowed us to prepare biologically active natural products containing piperidine and azepane motif including sedamine, allosedamine, fagomine and balanol in highly efficient manner.

Bicyclic aziridinium ions such as 1-azoniabicyclo[4.1.0]heptane tosylate were generated from 2-[4-tolenesulfonyloxybutyl]aziridine, which was utilized for the preparation of substituted piperidines and azepanes via regio- and stereospecific ring-expansion with various nucleophiles. This highly efficient protocol allowed us to prepare diverse azaheterocycles including natural products such as fagomine, febrifugine analogue and balanol.

Vorbereitung der stabile bicyclische Aziridinium Ionen und ihre Ring-Öffnung für die Synthese von Azaheterocycles

Bicyclic aziridinium ions were generated by the removal of an appropriate leaving group through internal nucleophilic attack by nitrogen atom in the ...

Surface Properties of Synthesized Nanoporous Carbon and Silica Matrices

In this work, we report the synthesis and characterization of ordered nanoporous carbon material (also called ordered mesoporous carbon material [OMC]) with a 4.6 nm pore size, and ordered silica porous matrix, SBA-15, with a 5.3 nm pore size. This work describes the surface properties of nanoporous molecular sieves, their wettability, and the melting behavior of D2O confined in the differently ordered porous materials with similar pore sizes. For this purpose, OMC and SBA-15 with highly ordered nanoporous structures are synthesized via impregnation of the silica matrix by applying a carbon precursor and by the sol-gel method, respectively. The porous structure of investigated systems is characterized by an N2 adsorption-desorption analysis at 77 K. To determine the electrochemical character of the surface of synthesized materials, potentiometric titration measurements are conducted; the obtained results for OMC shows a significant pHpzc shift toward the higher values of pH, relative to SBA-15. This suggests that investigated OMC has surface properties related to oxygen-based functional groups. To describe the surface properties of the materials, the contact angles of liquids penetrating the studied porous beds are also determined. The capillary rise method has confirmed the increased wettability of the silica walls relative to the carbon walls and an influence of the pore roughness on the fluid/wall interactions, which is much more pronounced for silica than for carbon mesopores. We have also studied the melting behavior of D2O confined in OMC and SBA-15 by applying the dielectric method. The results show that the depression of the melting temperature of D2O in the pores of OMC is about 15 K higher relative to the depression of the melting temperature in SBA-15 pores with a comparable 5 nm size. This is caused by the influence of adsorbate/adsorbent interactions of the studied matrices.

Here we report the synthesis and characterization of ordered nanoporous carbon (with a 4.6 nm pore size) and SBA-15 (with a 5.3 nm pore size). The work describes the surface and textural properties of nanoporous molecular sieves, their wettability, and the melting behavior of D2O confined in the materials.

Oberflächeneigenschaften von synthetisierten nanoporöse Carbon und Silica-Matrizen

In this work, we report the synthesis and characterization of ordered nanoporous carbon material (also called ordered mesoporous carbon material [OMC]) ...

Solid-phase Synthesis of [4.4] Spirocyclic Oximes

A convenient synthetic route for spirocyclic heterocycles is well sought after due to the molecule&#39;s potential use in biological systems. By means of solid-phase synthesis, regenerating Michael (REM) linker strategies, and 1,3-dipolar cycloaddition, a library of structurally similar heterocycles, both with and without a spirocyclic center, can be constructed. The main advantages of the solid-support synthesis are as follows: first, each reaction step can be driven to completion using a large excess of reagents resulting in high yields; next, the use of commercially available starting materials and reagents keep the costs low; finally, the reaction steps are easy to purify via simple filtration. The REM linker strategy is attractive because of its recyclability and traceless nature. Once a reaction scheme is completed, the linker can be reused multiple times. In a typical solid-phase synthesis, the product contains either a part of or the whole linker, which can prove undesirable. The REM linker is &#34;traceless&#34; and the point of attachment between the product and the polymer is indistinguishable. The high diastereoselectivity of the intramolecular 1,3-dipolar cycloaddition is well documented. Limited by the insolubility of the solid support, the reaction progression can only be monitored by a change in the functional groups (if any) via infrared (IR) spectroscopy. Thus, the structural identification of intermediates cannot be characterized by conventional nuclear magnetic resonance (NMR) spectroscopy. Other limitations to this method stem from the compatibilities of the polymer/linker to the desired chemical reaction scheme. Herein we report a protocol that allows for the convenient production of spirocyclic heterocycles that, with simple modifications, can be automated with high-throughput techniques.

Here we present a protocol to demonstrate an efficient method for the synthesis of spirocyclic heterocycles. The five-step process utilizes solid-phase synthesis and regenerating Michael linker strategies. Generally difficult to synthesize, we present a customizable method for the synthesis of spirocyclic molecules otherwise inaccessible to other modern approaches.

Festphasen-Synthese von [4,4] Spirocyclic Oximes

A convenient synthetic route for spirocyclic heterocycles is well sought after due to the molecule&#39;s potential use in biological systems. By means of ...

Stable DNA Motifs, 1D and 2D Nanostructures Constructed from Small Circular DNA Molecules

This article presents a detailed protocol for synthesis of small circular DNA molecules, annealing of circular DNA motifs, and construction of 1D and 2D DNA nanostructures. Over decades, the rapid development of DNA nanotechnology is attributed to the use of linear DNAs as the source materials. For example, the DAO (double crossover, antiparallel, odd half-turns) tile is well-known as a building block for construction of 2D DNA lattices; the core structure of DAO is made from two linear single-stranded (ss) oligonucleotides, like two ropes making a right hand granny&#160;knot. Herein, a new type of DNA tiles called cDAO (coupled DAO) are built using a small circular ss-DNA of c64nt or c84nt (circular 64 or 84 nucleotides) as the scaffold strand and several linear ss-DNAs as the staple strands. Perfect 1D and 2D nanostructures are assembled from cDAO tiles: infinite nanowires, nanospirals, nanotubes, nanoribbons; and finite nano-rectangles. Detailed protocols are described: 1) preparation by T4 ligase and purification by denaturing PAGE (polyacrylamide gel electrophoresis) of small circular oligonucleotides, 2) annealing of stable circular tiles, followed by native PAGE analysis, 3) assembling of infinite 1D nanowires, nanorings, nanospirals, infinite 2D lattices of nanotubes and nanoribbons, and finite 2D nano-rectangles, followed by AFM (Atomic Force Microscopy) imaging. The method is simple, robust, and affordable for most labs.

This article presents a detailed protocol for T4 ligation and denaturing PAGE purification of small circular DNA molecules, annealing and native PAGE analysis of circular tiles, assembling and AFM imaging of 1D and 2D DNA nanostructures, as well as agarose gel electrophoresis and centrifugation purification of finite DNA nanostructures.

Stabile DNA-Motive, 1D und 2D Nanostrukturen aus kleinen kreisförmigen DNA-Moleküle gebaut

This article presents a detailed protocol for synthesis of small circular DNA molecules, annealing of circular DNA motifs, and construction of 1D and 2D ...