Представьте себе технологию, способную ускорить химические реакции в десятки раз и изменить привычные механизмы их протекания. Именно такую революционную концепцию представляет собой микроволновой синтез.
Первая работа по теме микроволнового синтеза была опубликована в 1986 году и была посвящена ускорению реакций с использованием бытовой микроволновой печи [The use of microwave ovens for rapid organic synthesis. Richard Gedye, Frank Smith, Kenneth Westaway, Humera Ali, Lorraine Baldisera, Lena Laberge, John Rousell.Tetrahedron letters].
На фото можно наглядно увидеть отличия в распределении зон нагрева при традиционном нагреве, например, с использованием масляной бани и с использованием микроволнового нагрева. Очевидно, что нагрев с использованием микроволнового излучения является более эффективным, так как зона максимального нагрева приходится на реакционную смесь, а не на стенки реакционного сосуда.
На фото: слева – зоны нагрева в случае традиционного нагрева, справа – при микроволновом синтезе
Микроволновые системы обладают рядом преимуществ над традиционными методами синтеза:
- значительное увеличение скорости реакции
при синтезе наностержней из оксида цинка время реакции сокращается с 6 часов при традиционных методах до 10 минут с использованием микроволн; в крупномасштабном производстве диоксида титана использование микроволнового синтеза позволяет сократить время реакции с нескольких часов до нескольких минут;
- повышение селективности и выхода реакции
за счет однородного и быстрого нагрева снижается вероятность разложения продукта на перегретых стенках реакционного сосуда и вероятность образования побочных продуктов, что приводит к увеличению выхода целевого продукта;
- контроль параметров синтеза и автоматизация
современные системы микроволнового синтеза позволяют точно контролировать параметры: температуру, давление, мощность излучения и время воздействия;
- существенное сокращение потребления энергии
при непрерывном производстве диоксида титана энергозатраты снижаются на 40–60% при использовании микроволнового синтеза в сравнении с традиционным;
- безопасность и экологичность
быстрый нагрев и небольшое время протекания реакции до минимума снижают потребление растворителей и уменьшают вероятность образования опасных побочных продуктов;
- расширение возможностей синтеза
в качестве примера ниже приведена микрофотография структуры «жемчужного ожерелья», полученного из углеродных нанотрубок и сфер из диоксида титана; такую конфигурацию материала невозможно получить традиционным синтезом, только при использовании микроволнового излучения; также в качестве примера можно привести микрофотографии металл-органических каркасных структур (MOF), при использовании микроволнового синтеза наблюдается однородность морфологии синтезируемых структур и гораздо меньшее время протекания реакции.
На фото: микрофотография структуры «жемчужного ожерелья»
На фото: синтез металл-органических каркасных структур (MoF) и использованием методов традиционного (слева) и микроволнового (справа) синтеза
Микроволновой синтез ‒ мощная альтернатива традиционным методам синтеза, которая позволяет ученым вывести решения в области синтетических задач на функционально новый уровень, проводить синтезы быстрее, эффективнее, с большим выходом и меньшими усилиями.
Использование микроволновых систем в ходе исследований поможет существенно сократить время подбора оптимальных условий протекания химической реакции и достичь выдающихся научных результатов.
Компания «Фарма» предлагает решения совместно с компанией XianHu Tech для микроволнового синтеза и разложения. Подробнее о микроволновых системах можно узнать, обратившись к менеджерам: sales@pharma-se.ru или на сайте компании.
Перечень опубликованных научных работ, выполненных с использованием оборудования для микроволнового синтеза XiangHu Technologies:
1. Синтез термоэлектрических материалов при помощи системы XH-8000 Plus (Ultrafast microwave hydrothermal Synthesis of SnTe nanocrystals to Improve thermoelectric Properties Nano Energy IF: 15.548, China University of Petroleum).
2. Синтез термоэлектрических материалов при помощи системы XH-8000 Plus (Self-assembled three-dimensional layered Ti-doped Cu3SbSe4 microspheres with ultra-low thermal conductivity and high zT Nano Energy IF: 15.548, China University of Petroleum).
3. Микроволновое расщепление, осуществленное при помощи системы XH-300UL+ (Defect-rich soft carbon porous nanosheets for fast and high-capacity sodium ion storage Advanced Energy Materials IF: 21.875, Wuhan University of Technology).
4. Синтез гибридных материалов с помощью XH-8000 Plus (Self-reduction Synthesis of MXene/Na0.55Mn1.4Ti0.6O4 hybrid materials for high-performance symmetric lithium-ion batteries JMCA IF: 10.733, Yanshan University).
5. Синтез наноматериалов с помощью XH-800G (Modulation of electronic structure of high rate low-temperature zn-ion batteries by layered vanadium oxide interlayer doping Advanced Functional Materials IF: 15.621, Guangdong University of Technology).
6. Синтез полимерных композитов (Comprehensive enhancement of the overall properties of MWCNT-COOH/epoxy composites by microwave: an effective method to enhance interfacial bonding through local overheating effect, Composites Part B, Composites B)IF: 7.635, Beijing University of Chemical Technology).