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普鲁士蓝的有趣特质:不仅仅是颜料,还可以用来收购金属,做电池及杀死肿瘤细胞?

   日期:2024-05-20     来源:www.qixiyi.com    作者:二手网    浏览:329    评论:0    
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普鲁士蓝(Prussian Blue):即亚铁氰化铁,是一种配位化合物,可以用来上釉、用作油画染料等。最早在艺术界,普鲁士蓝刚开始被用作颜料和染料,毕加索、梵高和葛饰北斋等画家也因其深邃的蓝色用它。而近期几年,科学家发现这种色素还有很多有趣的特质和特别的作用~

普鲁士蓝(Prussian Blue):即亚铁氰化铁,是一种配位化合物,可以用来上釉、用作油画染料等。最早在艺术界,普鲁士蓝刚开始被用作颜料和染料,毕加索、梵高和葛饰北斋等画家也因其深邃的蓝色用它。而近期几年,科学家发现这种色素还有很多有趣的特质和特别的作用~

作用与功效01:收购金属

核废弃物和电子废料的一个大问题是,在处置过程中会浪费金、铂族金属(中国有色金属冶金第七届学术会议)等,而它们正是计算机芯片中的重点金属。日本名古屋大学的与东京工业大学的学者合作发现,解决这一紧迫的环境和技术问题的办法可能在于普鲁士蓝。普鲁士蓝的纳米空间中有一个攀登架状的晶格。此前的实验发现它可以吸收铂族金属,然而,尚不了解这是怎么样起用途的。研究职员用电感耦合等离子体原子发射光谱、紫外可见近红外分光光度计等来认识关于这一过程的更多信息。


(文章内容源自互联网)

“普鲁士蓝纳米颗粒吸附铂族金属试验发现,其在维持攀登架结构的同时,通过铁离子取代,吸收了铂族金属。”专家讲解说,这种机制使得普鲁士蓝纳米颗粒比传统的生物基吸附剂吸收更多的金和铂族金属。这项研究展示了一种解决核废弃物处置问题的办法——收购铂族金属。在高放射性废液的后处置过程中,铂族金属常常沉淀在熔化器的侧壁表面,影响了稳定性,增加了处置空间和本钱。

该研究发现,用1克普鲁士蓝纳米颗粒可以收购0.13克钌、0.16克铑、0.30克钯和0.107克钼。而近期,普鲁士蓝被用于去除福岛核电站事故导致的污染土壤中的放射性铯—134和137元素。1吨手机中的金含量为300~400克,比天然矿石中的金含量高出10~80倍。普鲁士蓝纳米颗粒具备耐热性、抗硝酸性和抗γ射线辐射性,因此该团队的技术不只可用于核废弃物的处置过程,也可用于电子废料的收购过程。


“大家的研究结果表明,普鲁士蓝或其类似物是改变核废弃物和电子废料中贵金属收购借助的有力候选者,特别是与传统生物基吸附剂/活性炭相比。”在现在自然资源日益有限的状况下,有价金属在废物处置中的损失是一个紧急的问题。通过提升金属的收购效率,普鲁士蓝或类似的材料有望使生产变得愈加环保和经济。

作用与功效02:

锰基普鲁士蓝

钾离子电池正极材料

锰基普鲁士蓝具备低本钱、高容量和高工作电压等优势,成为最具潜力的钾离子电池正极材料。但在循环过程中,锰基普鲁士蓝易溶解至电解液中导致容量衰减,妨碍了其实质应用。去年,湖南大学习物理与微电子科学学院教授鲁兵安团队,通过原位电化学的方法,在锰基普鲁士蓝表面构建了理想的梯度铁锰界面,达成了水系钾离子电池的超13万次稳定循环。这好比为“脆弱”的锰披上“盔甲”,让它可以拥有“金身”、充分发挥性能。


(文章内容源自互联网)

可持续储能技术的突破是进步可再生能源的有力支撑。现在,国内抽水蓄能接近饱和,新型储能技术成为增量主体;锂电池现在主导储能产业,近90%的储能项目都是锂电池项目,锂资源的收购及开发新型储能系统也是必然走向。“综合安全和本钱等原因,基于水系电解液的钾离子二次电池将成为下一代储能系统的要紧选项。然而,因为传统电极材料在水系电解液中极易溶解,限制了水系电池在储能范围中的大规模应用。抑制或者消除电极材料的溶解是现在水系钾离子电池范围亟待解决的核心问题。”鲁兵安说。

他指出,解决该核心问题最大的难题是怎么样在不损失比容量甚至提升比容量的首要条件下,抑制或者消除电极材料在水性电解液中的溶解。“也就是说,不可以单纯为了抑制溶解而抑制溶解,需要协同提高,由于长循环寿命和高比容量对电池同样要紧,不可以为了循环寿命而不兼顾比容量。”

用铁锰覆盖

提升整体性能

虽然锰基普鲁士是具备潜力的钾离子电池正极材料,但在循环过程中,易于溶解至电解液中,导致容量衰减,妨碍其实质应用。为此,盖军民等通过原位电化学方法,在锰基普鲁士蓝表面构建了理想的梯度铁锰界面。与传统的锰基普鲁士蓝相比,原位表面修饰的界面不仅能够抑制锰基普鲁士蓝内部锰的溶解,还增强了钾离子的扩散势垒,从而大幅度提高了电池的循环性能和倍率性能。


该团队通过理论和实验,证明了阳离子原位表面取代的过程。他们发现,通过原位表面阳离子修饰的锰基普鲁士蓝正极,在电流密度为300毫安每克和2500毫安每克的状况下放电容量分别为160毫安时每克和120毫安时每克,循环13万次后容量未见明显衰减,组装的全电池可稳定循环6000次以上。“在大家的电解液中,循环过程中电极材料的锰溶解在预留的空位会被电解液中的铁离子占据,这一过程直到电解材料锰拥有坚固‘金身’才停止。”盖军民说。

除此之外,团队研究发现,原位表面取代方案下的水系钾离子全电池在零下20摄氏度时容量为常温下的80%,在50摄氏度时容量约为常温下的110%,显示出优良的高低温性能。全电池经过裁剪后仍可以继续工作,体现出水系电池的高安全性。鲁兵安表示,这类实验表明电化学储能器件可以达成超长寿命,有望应用于大规模储能系统中。更长的循环寿命意味着更少的资源消耗,这将大大减少制导致本,期望这项研究为超长寿命的电化学储能提供借鉴。该研究也将为合理设计氧化还原活性锰基高性能电池正极材料(全国锂电池正极材料制备与实验室仪器装备)提供新策略。

作用与功效03:

高温普鲁士蓝纳米粒子

或能杀死肿瘤细胞

科学家发现,浓度为0.5mg/mL的普鲁士蓝溶液在被808nm激光照射10min的过程中温度升高速度较快,最高温度达60℃,且在被照射的第3min左右,温度即升至43℃,完全达到了光热杀死肿瘤细胞的温度临界值(42℃),具备很明显的光热治疗成效。值得一提的是普鲁士蓝纳米粒子光热转换机制为能级跃迁,其光热稳定性高,可多次反复借助,解决了不少传统光热材料的难点。


近年来,纳米生物技术已经对生物医学诊断和治疗范围产生了深远的影响,基于纳米材料的生物医学诊断和治疗技术已经成为了新的研究热门。普鲁士蓝作为一种古老的蓝色染料,在生物医学诊断和治疗的应用中体现出了卓越的性质,克服了很多传统诊疗制剂制备复杂、价格昂贵和生物安全性低的缺点。

现在普鲁士蓝在生物医学诊断和治疗中的应用的研究仍处于初级阶段,普鲁士蓝作为一种无机材料不可以自主靶向诊疗部位,因此对普鲁士蓝进行分子靶向或抗体靶向的生物修饰以达成诊断和治疗的定点化、准确化和诊疗一体化将是将来普鲁士蓝在生物医学诊断和治疗中应用的主要研究方向。伴随科学的进步,这类问题都将逐步得到解决,具备诊断和治疗功能的多功能普鲁士蓝制剂将会对生物医学诊断和治疗范围产生深远的影响。

 
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