Contenu
Préface
Objectif et public cible
Importance de la recherche et de l’application de l’oxyde de nano-tungstène de haute pureté
Guide de structure et d’utilisation du livre
Abréviations et symboles
Abréviations couramment utilisées (telles que WO₂.₉, BTO, APT)
Symboles et unités physiques et chimiques
Chapitre 1 Introduction
1.1 Histoire et découverte de l’oxyde de tungstène nanométrique de haute pureté
1.2 Classification de l’oxyde de tungstène non stoechiométrique ( WO₃ , WO₂.₉ , WO₂.₇₂ , WO₂ )
1.3 Le statut de l’oxyde de tungstène nanométrique de haute pureté dans la chaîne industrielle du tungstène 1.4 État actuel et tendances de la recherche et de l’application 1.5 Portée et objectifs de ce livre
Chapitre 2 Propriétés de base de l’oxyde de nano-tungstène de haute pureté
2.1 Composition chimique et propriétés non stoechiométriques
2.1.1 Formule chimique et rapport oxygène-tungstène
Plage de teneur en WO₂.₉ et en oxygène (19,0-19,5 % en poids )
Comparaison avec WO₃ , WO₂.₇₂ , WO₂
2.1.2 Mécanisme de formation du rapport non stoechiométrique
Génération et stabilité des lacunes d’oxygène
Effets des écarts stoechiométriques sur les performances
2.1.3 Contrôle des impuretés et de la pureté
Sources d’impuretés courantes (Fe, Mo, Si)
Structure cristalline et mécanisme de défaut d’oxygène
2.2.1 Type de structure cristalline
Caractéristiques structurelles de la phase monoclinique (P2 ₁ /n)
Différences structurelles par rapport au WO₃
2.2.2 Distribution microscopique des lacunes d’oxygène
Types de défauts ponctuels et de défauts de surface
Calcul de la densité de lacunes d’oxygène (10 ¹ ⁹ -10 ²¹ cm ⁻ ³ )
2.2.3 Méthodes de caractérisation structurale
Analyse des pics caractéristiques des spectres XRD et Raman
Relation entre les paramètres du réseau et les défauts
2.2.4 Stabilité thermique et changement de phase
Effet de la température sur la structure cristalline (stable à < 600°C)
2.3 Propriétés physiques des transitions de phase lors de l’oxydation et de la réduction
2.3.1 Énergie de la bande interdite
Plage de bande interdite de WO₂.₉ (2,4-2,8 eV)
Mécanisme de régulation des défauts d’oxygène sur la bande interdite
Absorption caractéristique des spectres UV-Vis
2.3.2 Surface spécifique et granulométrie
m² /g) à l’échelle micronique (10-50 μm ) et nanométrique (50-100 nm)
Effet de la distribution granulométrique sur les performances
2.3.3 Caractéristiques morphologiques
Morphologies courantes (nanoparticules, nanobâtonnets, films minces)
Thermodynamique et cinétique de la formation de la morphologie
2.3.4 Propriétés optiques
Cause de la couleur (bleu foncé)
Propriétés d’absorption et de réflexion de la lumière
2.3.5 Propriétés thermiques et mécaniques
Conductivité thermique et coefficient de dilatation thermique
2.4 Résistance mécanique des nanostructures
2.4.1 État d’oxydation et réactivité
États d’oxydation mixtes de W⁵⁺ / W⁶⁺
Réactivité avec O₂ et H₂
2.4.2 Chimie de surface et sites actifs
Effet catalytique des défauts d’oxygène de surface
Performances d’adsorption ( H₂O , CO₂ , NO₂ )
2.4.3 Conductivité et propriétés électrochimiques
Plage de conductivité (10 ⁻ ³ -10 ⁻ ² S/cm)
Transfert d’électrons dans les réactions électrochimiques
2.4.4 Résistance à la corrosion et stabilité
Stabilité dans les environnements acides et alcalins
Risque d’oxydation lors du stockage à long terme
2.5 Effets nanométriques sur les performances
2.5.1 Base physique de l’effet de taille
Confinement quantique et effets de surface
Régulation de la bande interdite par taille nanométrique
2.5.2 Mécanisme d’amélioration des performances
Efficacité photocatalytique améliorée (> 400 μmol·g ⁻ ¹ · h ⁻ ¹ )
Optimisation des performances électrochromiques et de stockage d’énergie
2.5.3 Défis de la nano-échelle
Problèmes d’agglomération et de dispersion
L’équilibre entre préparation et application
Chapitre 3 Technologie de préparation de l’oxyde de nano-tungstène de haute pureté
3.1 Classification et aperçu des méthodes de préparation
3.2 Méthode en phase gazeuse (CVD, PVD)
3.2.1 Principes et paramètres du processus
3.2.2 Avantages et inconvénients et scénarios d’application
3.3 Méthode en phase liquide (méthode hydrothermale, méthode solvothermale, réduction électrochimique)
3.3.1 Explication détaillée du processus hydrothermal
3.3.2 Contrôle de la morphologie par méthode solvothermale
3.3.3 Avantages écologiques de la réduction électrochimique
3.4 Méthode en phase solide (réduction de l’hydrogène, plasma amélioré)
3.4.1 Optimisation du processus de réduction de l’hydrogène
3.4.2 Synthèse rapide assistée par plasma
3.5 Défis et solutions de la nanotechnologie 3.6 Comparaison entre la préparation en laboratoire et la préparation industrielle
Chapitre 4 Détection et caractérisation de l’oxyde de nano-tungstène de haute pureté
4.1 Aperçu de la technologie de détection
4.2 Analyse de la composition chimique (XRF, ICP-MS, détermination de la teneur en oxygène) 4.3 Caractérisation de la structure cristalline (DRX, spectroscopie Raman) 4.4 Analyse de la morphologie et de la granulométrie (MEB, MET, granulomètre) 4.5 Test des propriétés physiques (BET, UV-Vis, conductivité) 4.6 Normes et processus de contrôle qualité
4.7 Problèmes courants et solutions
Chapitre 5 Technologie de production d’oxyde de nano-tungstène de haute pureté
5.1 Production à l’échelle du laboratoire (5 g, procédé au four tubulaire)
5.1.1 Déroulement du processus et paramètres
5.1.2 Exigences en matière d’équipement et d’instruments
5.2 Production à l’échelle industrielle (100 kg/lot, procédé au four rotatif)
5.2.1 Conception et déroulement du processus
Principe du processus et mécanisme de réaction
Aperçu du processus et disposition de l’équipement
5.2.2 Optimisation des paramètres du processus
Contrôle de la température (650-750°C)
Débit et rapport d’hydrogène (5-10 m³/h)
Vitesse du four et temps de séjour (1-2 tr/min, 4-6 h)
Réglage du débit d’alimentation (50-100 kg/h)
Surveillance et rétroaction en temps réel
5.2.3 Systèmes d’automatisation et de contrôle
Intégration et fonctionnalité du système PLC
Configuration du capteur (température, débit, pression)
Fonctionnement à distance et enregistrement des données
5.2.4 Gestion et optimisation de la consommation énergétique
Estimation de la consommation d’énergie (2-3 kWh/kg)
Récupération de chaleur perdue et sélection énergétique
Optimisation de l’isolation et amélioration de l’efficacité
5.2.5 Cohérence des lots et contrôle de la qualité
Mesures de cohérence
5.3 Processus d’inspection de la qualité et gestion des exceptions 5.3
Sélection des matières premières et prétraitement
5.3.1 Types et exigences en matière de matières premières
Spécifications APT et WO₃
Source et recyclage
5.3.2 Processus de prétraitement
Concassage et criblage
Préchauffer pour éliminer l’eau et le NH₃
Normes d’inspection de la qualité
5.3.3 Stockage et transport
Conditions de stockage (fermé, à l’abri de l’humidité)
5.4 Traitement des gaz résiduaires et des sous-produits
5.4.1 Composition et sources des gaz d’échappement
NH₃ , vapeur d’eau, H₂ résiduel
5.4.2 Processus de traitement
Absorption par tour de pulvérisation (2 M NaOH)
Adsorption sur charbon actif et contrôle des émissions
5.4.3 Récupération et utilisation des sous-produits
Recyclage du NH₃ pour la production d’engrais
Recyclage des matériaux résiduels de tungstène
5.4.4 Normes et surveillance environnementales
Limite d’émission (NH₃ < 10 ppm)
5.5 Exigences en matière de sécurité de production et de protection de l’environnement pour le système de surveillance en ligne
5.5.1 Mesures de sécurité
Plan de prévention et d’urgence des fuites d’H₂
Équipements antidéflagrants et systèmes de protection contre l’incendie
5.5.2 Normes de protection de l’environnement
Objectifs en matière d’émissions de carbone et de consommation d’énergie
Tri et traitement des déchets
5.5.3 Formation du personnel et procédures opérationnelles
Contenu de la formation à la sécurité
Manuel d’exploitation et exigences en matière d’enregistrement
5.6 Analyse des coûts et évaluation économique
5.6.1 Structure des coûts
Coût des matières premières (APT/ WO₃ )
Amortissement de l’énergie et des équipements
Coûts de main-d’œuvre et d’entretien
5.6.2 Évaluation économique
Coût estimé par kg (40-50 USD)
Effet d’échelle et analyse des bénéfices
5.6.3 Stratégie d’optimisation
Réduire la consommation d’énergie et de matières premières
Améliorer la productivité et l’automatisation
Chapitre 6 Domaines d’application de l’oxyde de tungstène nanométrique de haute pureté
6.1 Applications photocatalytiques (décomposition de l’eau, contrôle de la pollution)
6.1.1 Mécanisme photocatalytique
6.1.2 Stratégie d’optimisation des performances
6.1.3 Données sur l’efficacité de la production d’hydrogène et le taux de dégradation
6.1.4 Cas réels et applications industrielles
6.2 Applications électrochromiques (fenêtres intelligentes, écrans)
6.2.1 Principe électrochrome
6.2.2 Conception et performances de l’appareil
6.2.3 Optimisation du taux de modulation et du temps de réponse
6.2.4 Dispositifs électrochromes flexibles
6.3 Applications de stockage d’énergie (supercondensateurs, batteries lithium-ion)
6.3.1 Mécanisme de stockage d’énergie et avantages
Les principes de base du stockage d’énergie électrochimique
nano-WO₂.₉ de haute pureté (surface spécifique élevée, défauts d’oxygène)
Comparaison avec les matériaux traditionnels (graphite, MnO₂ )
6.3.2 Application des supercondensateurs
6.3.2.1 Principes de base des supercondensateurs
Mécanisme à double couche et pseudocapacité
WO₂.₉ (haute conductivité, activité de surface)
6.3.2.2 Conception du matériau des électrodes
Préparation d’une électrode en WO₂.₉ pur
Composite avec des matériaux en carbone (CNT, graphène)
Contrôle de la morphologie (nanoparticules, nanofils)
6.3.2.3 Paramètres de performance
Capacité spécifique (500-700 F/g)
Stabilité du cyclisme (> 10 ⁴ fois)
Puissance et densité énergétique (40-50 Wh /kg)
6.3.2.4 Stratégie d’optimisation
Modification du dopage (éléments N, S)
Sélection des électrolytes (aqueux ou organiques)
Applications flexibles des supercondensateurs
6.3.2.5 Cas d’industrialisation
Processus de production de masse de supercondensateurs
Scénarios d’application (véhicules électriques, stations de stockage d’énergie)
6.3.3 Applications des batteries lithium-ion
6.3.3.1 Principe de fonctionnement des batteries lithium-ion
Mécanisme d’insertion du lithium et rôle du WO₂.₉
Compatibilité des électrodes négatives et positives
6.3.3.2 Conception du matériau des électrodes
Synthèse de WO₂.₉ comme matériau d’électrode négative
Stratégie composite avec Si et C
Effet de la nanostructure sur les performances d’insertion du lithium
6.3.3.3 Paramètres de performance
Capacité spécifique (200-300 mAh /g)
Cycle de vie (500 à 1000 fois)
Efficacité de charge et de décharge (> 95 %)
6.3.3.4 Stratégie d’optimisation
Revêtement de surface (couche de carbone, polymère)
Correspondance des électrolytes et additifs
Amélioration des performances à haut débit
6.3.3.5 Cas d’industrialisation
Application du WO₂.₉ dans la production de batteries au lithium
Cas des véhicules à énergie nouvelle et des appareils portables
6.3.4 Autres systèmes de stockage d’énergie
Potentiel des batteries sodium-ion
Compatibilité des batteries à l’état solide avec WO₂.₉
Orientation future du développement (haute densité énergétique, charge rapide)
6.4 Capteur de gaz (détection NO₂, H₂S)
6.4.1 Mécanisme de détection
6.4.2 Sensibilité et sélectivité
6.4.3 Avantages de la détection des nanostructures
6.4.4 Cas d’application pratique
6.5 Applications antibactériennes et biomédicales
6.5.1 Principe de stérilisation photocatalytique
6.5.2 Revêtements et dispositifs médicaux
6.5.3 Efficacité et sécurité des antimicrobiens
6.5.4 Recherche sur la biocompatibilité
6.6 Électronique flexible et domaines émergents
Préparation de WO 2 sur substrats flexibles
6.6.2 Applications pour appareils portables
6.6.3 Domaines émergents (dispositifs quantiques, matériaux d’IA)
Chapitre 7 Défis et développement futur de l’oxyde de nano-tungstène de haute pureté
7.1 Défis techniques (contrôle de la morphologie, stabilité, coût)
7.2 Production verte et durabilité 7.3 Tendances en matière d’intelligence et d’automatisation 7.4 Potentiel d’application émergent (conception de matériaux IA, dispositifs quantiques) 7.5 Orientations et perspectives de recherche futures
Chapitre 8 Analyse de cas et guide pratique
8.1 Cas de préparation en laboratoire (nanorodés et films)
8.2 Cas de production industrielle (optimisation de 100 kg/lot) 8.3 Cas d’application (photocatalyseurs, fenêtres électrochromes) 8.4 Dépannage et amélioration des procédés 8.5 Guide de formation pour les praticiens
Chapitre 9 : Plusieurs problèmes de technologie de production d’oxyde de nano-tungstène de haute pureté (catalogue détaillé)
9.1 Comment contrôler la pureté lors de la préparation d’oxyde de tungstène nano de haute pureté ?
9.1.1 Principes et exigences du contrôle de la pureté
9.1.2 Principaux facteurs affectant la pureté (matières premières, procédé, équipement)
9.1.3 Technologie de préparation de haute pureté (méthode chimique humide, méthode en phase gazeuse)
9.1.4 Méthodes de test et de vérification de la pureté
9.2 Comment préparer de l’oxyde de tungstène nano de très haute pureté ?
9.2.1 Définition et exigences d’application de l’ultra-haute pureté (> 99,999 %)
9.2.2 Défis de la préparation de produits de très haute pureté (traces d’impuretés, contrôle environnemental)
9.2.3 Technologie d’ultrapurification (échange d’ions, purification par distillation)
9.2.4 Analyse de cas : Pratique de préparation de WO₂.₉ ultra-pur
9.3 Comment éliminer les impuretés telles que le Fe dans l’oxyde de tungstène nano de haute pureté ?
9.3.1 Sources et effets des impuretés telles que Fe
9.3.2 Méthodes chimiques et physiques pour l’élimination des impuretés
9.3.3 Stratégie d’optimisation du processus et de contrôle des impuretés
9.3.4 Méthodes de détection et d’évaluation de la teneur en Fe
9.4 Comment obtenir des nanoparticules lors de la préparation d’oxyde de nano-tungstène de haute pureté ?
9.4.1 Mécanisme de formation des nanoparticules
9.4.2 Facteurs clés affectant la nanocristallisation (nucléation, croissance)
9.4.3 Technologie de préparation des nanoparticules (méthode hydrothermale, méthode solvothermale)
9.4.4 Caractérisation et optimisation des nanoparticules
9.5 Comment préparer une suspension de dispersion d’oxyde de nano-tungstène de haute pureté ?
9.5.1 Propriétés et applications des boues de dispersion
9.5.2 Problèmes d’agglomération et de stabilité lors de la dispersion
9.5.3 Technologie de dispersion (ultrasons, modification de surface)
9.5.4 Cas de préparation de la dispersion et contrôle qualité
9.6 Comment préparer des particules d’oxyde de tungstène nano de haute pureté ?
9.6.1 Définition et utilisation des pellets
9.6.2 Contrôle de la taille et de la morphologie des particules dans la préparation des granulés
9.6.3 Technologie de granulation (séchage par atomisation, lyophilisation)
9.6.4 Essais de performance et application des granulés
9.7 Comment revêtir des matériaux en oxyde de tungstène nano de haute pureté ?
9.7.1 Principes de base de la technologie des revêtements
9.7.2 Problèmes d’uniformité et d’adhérence lors du revêtement
9.7.3 Méthode de revêtement (revêtement par pulvérisation, revêtement par centrifugation, rouleau à rouleau)
9.7.4 Optimisation du processus de revêtement et cas d’application industrielle
appendice
Annexe A : Glossaire des termes relatifs à l’oxyde de nano-tungstène de haute pureté
Prise en charge multilingue en chinois, anglais, japonais, coréen et allemand
Annexe B : Plan expérimental pour la préparation d’oxyde de nano-tungstène de haute pureté
Procédure de laboratoire (échelle 5 g, four tubulaire)
Procédé industriel (100 kg/lot, four rotatif)
Annexe C : Liste des brevets relatifs à l’oxyde de nano-tungstène de haute pureté
Numéro de brevet, titre, résumé
Annexe D : Liste des normes relatives à l’oxyde de nano-tungstène de haute pureté
Comparaison avec les normes chinoises, japonaises, allemandes, russes, coréennes et internationales
Annexe E : Références sur l’oxyde de tungstène nanométrique de haute pureté
Articles universitaires (40 articles)
Brevets (10 articles)
Annexe F : Liste des équipements et instruments nécessaires à la production d’oxyde de nano-tungstène de haute pureté
Équipements de laboratoire et industriels
Annexe G : Base de données sur la morphologie et les performances de l’oxyde de nano-tungstène de haute pureté
Données de performance de différentes formes
Annexe H : Foire aux questions (FAQ)
Questions et réponses sur la préparation, les tests et l’application
Chapitre 1 Introduction
1.1 Histoire et découverte de l’oxyde de nano-tungstène de haute pureté
L’oxyde de tungstène nanométrique de haute pureté, en particulier l’oxyde de tungstène bleu (BTO) représenté par WO₂.₉, est un objet de recherche important en science des matériaux tungstène, et son histoire remonte à l’exploration chimique du XIXe siècle. En 1867, le chimiste britannique Henry Enfield Roscoe a été le premier à signaler la formation d’oxyde de tungstène bleu dans le laboratoire de la Royal Society de Londres. Il a observé la formation d’un composé bleu foncé en chauffant de l’acide tungstique (H₂WO₄) à environ 500 °C dans une atmosphère d’hydrogène (H₂), dont il a été confirmé ultérieurement qu’il s’agissait de WO₂.₉ non stœchiométrique. Les enregistrements expérimentaux de Roscoe ont montré que la couleur du composé provenait de l’état d’oxydation mixte du tungstène (W ⁵⁺ et W ⁶⁺), et ont initialement émis l’hypothèse de défauts d’oxygène dans sa structure. Son dispositif expérimental était simple, composé uniquement d’un tube de verre et d’un générateur d’hydrogène, mais cette découverte a non seulement révélé le polymorphisme de l’élément tungstène, mais a également jeté les bases de recherches ultérieures sur les oxydes de tungstène.
Dès 1781, le chimiste suédois Carl Wilhelm Scheele découvrit le tungstène en décomposant la scheelite (CaWO₄), mais les recherches portaient alors sur l’extraction du tungstène métallique, et non sur sa forme oxydée. Scheele utilisa l’acide nitrique pour décomposer le minerai et obtenir un précipité d’acide tungstique jaune, procédé qui devint le prototype de l’hydrométallurgie moderne. Ce n’est qu’au milieu du XIXe siècle que l’étude des oxydes de tungstène se développa progressivement avec les progrès de l’analyse chimique. L’expérience de réduction de l’hydrogène de Roscoe marqua un tournant décisif, et sa méthode inspira la technologie de préparation industrielle ultérieure. Dans les années 1870, le chimiste allemand Robert Bunsen confirma ce procédé en utilisant un bec Bunsen pour chauffer l’acide tungstique et en enregistrant les conditions de formation de l’oxyde de tungstène bleu à différentes concentrations d’oxygène, la couleur bleue étant plus prononcée lorsque la concentration en oxygène était inférieure à 5 %. Ces premières études reposaient sur un fonctionnement manuel et la précision du contrôle de la température n’était que de ± 20 °C, mais elles ont fourni une inspiration précieuse pour le développement théorique de la chimie du tungstène.
Au début du XXe siècle, la recherche sur les oxydes de tungstène est passée du laboratoire à l’industrialisation. En 1905, le chimiste français Henri Moissan a utilisé un four à arc électrique pour réduire le trioxyde de tungstène (WO₃), a observé la génération stable de WO₂.₉ à 500-600 °C et a enregistré la loi de son changement de couleur en fonction de la température (bleu à 600 °C, violet à 800 °C). Les travaux de Moissan ont été les premiers à lier les oxydes de tungstène à la technologie métallurgique. Il a suggéré que WO₂.₉ pourrait être un intermédiaire dans la production de poudre de tungstène. Cette idée a été vérifiée dans les années 1920, lorsque General Electric a commencé à utiliser WO₂.₉ pour préparer des filaments de tungstène destinés à la production de lampes à incandescence. À cette époque, le WO₂.₉ présentait une grande granulométrie (environ 20 à 50 μm ) et une pureté d’environ 97 à 98 %, limitée par le chauffage inefficace des fours à lit fixe (consommation d’énergie de 6 à 8 kWh/kg). Moissan a également testé la stabilité du WO₂.₉ en milieu acide et a constaté que son taux de dissolution était inférieur à 0,1 g/L à pH < 2, ce qui apporte un soutien théorique à son application industrielle.
La Seconde Guerre mondiale a vu la demande de matériaux s’accroître, mettant en évidence la valeur industrielle de l’oxyde de tungstène bleu. Dans les années 1940, l’American Tungsten Corporation a développé un four de réduction continue, augmentant le rendement de production de WO₂.₉ d’environ 30 % et sa pureté à 99 %. Le procédé consiste à réduire WO₃ avec H₂ à 600-700 °C, et le produit est utilisé pour fabriquer du carbure cémenté et de l’acier au tungstène militaire, comme les alliages à base de tungstène pour le blindage des chars (dureté > 85 HRA). À cette époque, la recherche sur WO₂.₉ en était encore principalement à l’échelle du micron, et le concept de nanotechnologie n’avait pas encore émergé. Dans les années 1950, les scientifiques soviétiques ont proposé une méthode de réduction en plusieurs étapes, qui optimisait le contrôle de la teneur en oxygène grâce à un chauffage étape par étape (500°C, 650°C, 800°C), rendant la distribution des défauts d’oxygène du WO 2. 3 plus uniforme et réduisant l’écart de teneur en oxygène de ± 0,5 % en poids à ± 0,3 % en poids , jetant ainsi les bases de la technologie moderne.
Depuis le XXIe siècle, les avancées en nanotechnologie ont radicalement transformé l’oxyde de tungstène nanométrique de haute pureté. Après 2000, les chercheurs ont utilisé la méthode hydrothermale (180 °C, 12 à 24 h, pression de 1 à 2 MPa), le dépôt en phase vapeur (CVD, 700 °C, gaz vecteur Ar /H₂) et d’autres technologies pour réduire la taille des particules de WO₂.₉ à 50-100 nm et augmenter la surface spécifique à 10-40 m²/ g. Français Ce changement a montré un grand potentiel dans les domaines de la photocatalyse, de l’électrochromisme , du stockage d’énergie, etc. En 2005, une équipe de recherche de l’Université de Tokyo au Japon a rapporté pour la première fois que l’efficacité de production d’hydrogène photocatalytique du nano WO₂.₉ atteignait 300 μmol·g⁻¹ · h⁻¹, dépassant de loin les 50 à 100 μmol ·g⁻¹ · h⁻¹ des matériaux de taille micronique. CTIA GROUP est impliqué dans la production d’oxyde de tungstène depuis les années 1990 et a été témoin de cette transformation. Il a introduit la nanotechnologie après 2010 et produit environ 500 tonnes de nano WO₂.₉ par an, ce qui représente 20 % du marché intérieur.
Le WO₂.₉ à l’échelle nanométrique améliore non seulement les performances, mais élargit également les scénarios d’application. Dans les années 2010, des recherches menées par le Massachusetts Institute of Technology (MIT) ont montré que la bande interdite (2,4-2,8 eV) du nano-WO₂.₉ est adaptée à l’absorption de la lumière visible, et que sa conductivité (10 ⁻ ³ -10 ⁻ ² S/cm) est compatible avec les applications de stockage d’énergie. En 2015, l’Institut Max Planck en Allemagne a révélé la distribution des défauts d’oxygène à la surface du WO₂.₉ (densité d’environ 10 ¹ ⁹ -10 ²¹ cm ⁻ ³) par microscopie à effet tunnel (STM), fournissant une explication microscopique de son activité photocatalytique. En tant que pays disposant d’abondantes ressources en tungstène (les réserves représentent 60 % de la planète), la Chine a pris la tête dans ce domaine. En 2018, le programme « Horizon 2020 » de l’UE a financé un projet de séparation de l’eau basé sur WO₂.₉, avec une production annuelle d’hydrogène de 1 000 kg (échelle laboratoire), démontrant son potentiel en énergie propre.
L’histoire du nano-oxyde de tungstène de haute pureté est également étroitement liée à l’essor des technologies de protection de l’environnement. Après 2010, la demande mondiale en énergie propre a explosé et les propriétés photocatalytiques du WO₂.₉ ont été largement étudiées. Par exemple, l’Université nationale australienne a utilisé le nano-WO₂.₉ pour développer un revêtement photocatalytique avec une efficacité de 90 % dans la dégradation des COV (composés organiques volatils). Son application dans le domaine de l’électrochromisme a favorisé le développement du marché des fenêtres intelligentes, dont la taille mondiale devrait atteindre 1 milliard de dollars US en 2025. CTIA GROUP a développé une technologie de réduction assistée par micro-ondes en coopération avec des universités, réduisant la consommation d’énergie à 1,5-2 kWh/kg et le temps de réaction à 1-2 heures. Ces nœuds historiques montrent que l’oxyde de nano-tungstène de haute pureté est passé d’une curiosité chimique au 19e siècle à un matériau multifonctionnel au 21e siècle, et a subi une profonde transformation de la théorie à la pratique.
tungstène toechiométrique ( WO₃ , WO₂.₉ , WO₂.₈₃ , WO₂.₇₂ , WO₂ )
Le tungstène présente une variété d’états d’oxydation (+2 à +6) en raison de sa structure à couches électroniques élevées (5d ⁴ 6s²), et ses oxydes présentent diverses caractéristiques non stœchiométriques, c’est-à-dire des composés dont le rapport oxygène-tungstène (O/W) s’écarte des nombres entiers. Ces oxydes présentent des différences significatives en termes de structure cristalline, de propriétés physiques et chimiques et de domaines d’application, et constituent des objets de recherche clés en science des matériaux du tungstène. La classification des oxydes de tungstène non stœchiométriques reflète non seulement la complexité de la chimie du tungstène, mais influence également directement son utilisation industrielle et le choix des technologies. Cette section présente en détail la composition chimique, les caractéristiques structurelles, les méthodes de préparation, les différences de propriétés et la valeur d’application de quatre formes typiques – WO₃ (trioxyde de tungstène), WO₂.₉ (oxyde de tungstène bleu), WO₂.₇₂ (oxyde de tungstène violet) et WO₂ (dioxyde de tungstène), fournissant un support théorique pour les chapitres suivants.
READ MORE: Guide complet sur l’oxyde de tungstène nano de haute pureté
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