Inhaltsverzeichnis
Kapitel 1: Einführung
1.1 Definition und Bedeutung von violettem Wolframoxid
1.2 Geschichte und Forschungsfortschritt von violettem Wolframoxid
1.3 Aufbau und Ziele dieses Buches
Kapitel 2: Struktur und Eigenschaften von violettem Wolframoxid
2.1 Kristallstruktur und chemische Zusammensetzung
2.1.1 Nichtstöchiometrische Eigenschaften von W₁₈O₄₉
2.1.2 Mikroskopische Merkmale der nadelartigen Struktur
2.2 Physikalische Eigenschaften
2.2.1 Optische Eigenschaften (Bandlücke und Absorption)
2.2.2 Elektrische Eigenschaften (Leitfähigkeit und Ladungsträgermigration)
2.3 Chemische Eigenschaften
2.3.1 Redoxverhalten
2.3.2 Oberflächenaktivität und Adsorptionseigenschaften
Kapitel 3: Synthese von violettem Wolframoxid
3.1 Gasphasenpräparation
3.1.1 Chemische Gasphasenabscheidung (CVD)
3.1.2 Thermische Verdampfung
3.2 Festphasenpräparation
3.2.1 Wasserstoffreduktion
3.2.2 Hochtemperaturkalzinierung
3.3 Flüssigphasenaufbereitung
3.3.1 Solvothermalverfahren
3.3.2 Hydrothermale Methode
3.4 Optimierung und Parameterkontrolle des Syntheseprozesses
Kapitel 4: Charakterisierungstechnologie von violettem Wolframoxid
4.1 Strukturelle Charakterisierung
4.1.1 Röntgenbeugung (XRD)
4.1.2 Rasterelektronenmikroskopie (REM) und Transmissionselektronenmikroskopie (TEM)
4.2 Zusammensetzungsanalyse
4.2.1 Induktiv gekoppelte Plasma-Massenspektrometrie (ICP-MS)
4.2.2 Röntgen-Photoelektronenspektroskopie (XPS)
4.3 Leistungstests
4.3.1 Bestimmung der spezifischen Oberfläche nach BET
4.3.2 Ultraviolett-sichtbare Spektroskopie (UV-Vis) und photokatalytische Leistung
Kapitel 5: Anwendungsgebiete von violettem Wolframoxid
5.1 Energiespeichermaterialien
5.1.1 Superkondensator-Elektroden
5.1.2 Anoden von Lithium-Ionen-Batterien
5.2 Photokatalyse und Umweltanwendungen
5.2.1 Abbau organischer Schadstoffe
5.2.2 Wasserstofferzeugung durch Wasserspaltung
5.3 Elektrochrome Bauelemente
5.3.1 Intelligente Fenstermaterialien
5.3.2 Anzeigegeräte
5.4 Andere neu entstehende Anwendungen
5.4.1 Gassensoren
5.4.2 Wärmekontrollbeschichtungen
Kapitel 6: Industrielle Produktion von violettem Wolframoxid
6.1 Industrieller Produktionsprozess
6.1.1 Rohstoffauswahl und Vorbehandlung
6.1.2 Großtechnische Aufbereitungstechnik
6.2 Reinheitskontrolle und Qualitätssicherung
6.2.1 Technologie zur Entfernung von Verunreinigungen
6.2.2 Qualitätsprüfung und Zertifizierung
6.3 Kostenoptimierung und Umweltdesign
6.3.1 Energieverbrauch und Abfallbehandlung
6.3.2 Grüne Produktionstechnologie
Kapitel 7: Technische Herausforderungen und Lösungen für violettes Wolframoxid
7.1 Stabilitätskontrolle während der Synthese
7.1.1 Einfluss von Temperatur und Atmosphäre
7.1.2 Einheitlichkeit der Morphologie und Größe
7.2 Leistungsoptimierung
7.2.1 Verbesserung der photokatalytischen Effizienz
7.2.2 Verbesserung der elektrochemischen Leistung
7.3 Engpässe in der Industrie
7.3.1 Gleichgewicht zwischen Produktionsumfang und Kosten
7.3.2 Umweltvorschriften und deren Einhaltung
7.4 Zukünftige Entwicklungsrichtungen
7.4.1 Neues Syntheseverfahren
7.4.2 Multifunktionale Verbundwerkstoffe
Kapitel 8: Normen und Spezifikationen für violettes Wolframoxid
8.1 Internationale Normen
8.1.1 ISO -bezogene Nanomaterialnormen
8.1.2 ASTM-Materialspezifikationen
8.2 Nationale Normen
8.2.1 Chinesische GB/T-Standards
8.2.2 Japanische JIS-Normen
8.3 Standardanwendung und -einhaltung
8.3.1 Auswahl der Prüfmethoden
8.3.2 Koordinierung internationaler und lokaler Standards
Anhang
Anhang A: Glossar der mit violettem Wolframoxid verbundenen Begriffe
Vergleich mehrerer Sprachen: Chinesisch, Englisch, Japanisch und Koreanisch
Anhang B: Versuchsprotokoll zur Herstellung von violettem Wolframoxid
Beispiele für Labor- und Industrieprozesse
Anhang C: Liste der Patente im Zusammenhang mit violettem Wolframoxid
Patentnummer, Titel und Zusammenfassung
Anhang D: Standardliste für violettes Wolframoxid
Vergleich mit chinesischen, japanischen, deutschen, russischen, koreanischen und internationalen Standards
Anhang E: Referenzen zu violettem Wolframoxid
Akademische Arbeiten, Patente, Normen und Bücher
Kapitel 1: Einführung
1.1 Definition und Bedeutung von violettem Wolframoxid
Violettes Wolframoxid (VTO), dessen chemische Formel üblicherweise WO₂.₇₂ oder W₁₈ O₄₉ lautet , ist ein nichtstöchiometrisches Oxid und ein wichtiges Mitglied der Wolframoxidfamilie. Es hat ein dunkelviolettes Aussehen und eine überwiegend nadel- oder stäbchenförmige monokline Struktur (Raumgruppe P2/m) mit den Gitterparametern a = 18,33 Å, b = 3,78 Å, c = 14,04 Å und β = 115,2° (XRD-Daten). Im Vergleich zu anderen Wolframoxiden wie gelbem WO₃ (monokline Phase) oder blauem WO₂.₉ ( orthorhombisch Phase) ist VTO einzigartig in seiner hohen Sauerstoffleerstellenkonzentration (ca. 5–10 %, XPS-Messung) und den daraus resultierenden hervorragenden Eigenschaften, wie z. B. einer hohen spezifischen Oberfläche (50–150 m²/g, BET-Methode) und einer schmalen Bandlücke (2,2–2,4 eV, Tauc -Methode).
VTO zeichnet sich durch seine Vielseitigkeit aus. 2023 berichtete die Chinesische Akademie der Wissenschaften über einen Photokatalysator auf Basis von VTO-Nanostäben (Durchmesser 20–50 nm), der Methylenblau unter sichtbarem Licht (400–700 nm, 20 W/cm² ) mit einer Effizienz von 92 % abbaute , was besser ist als herkömmliches WO₃ (75 %). Seine nadelartige Struktur verstärkt die aktiven Zentren (NH₃ – TPD, 0,8–1,2 mmol/g) und stellt mehr Elektron-Loch-Paare für die Photokatalyse bereit (ESR-Detektion · OH-Ausbeute > 10¹⁵Spins/ g) . Darüber hinaus eignet sich VTO gut zur Energiespeicherung. Beispielsweise hat die 2022 von der Tsinghua-Universität entwickelte VTO/Kohlenstoff-Verbundelektrode eine spezifische Kapazität von 600–700 F/g, eine Zykluslebensdauer von >10⁴- mal und eine Energiedichte von 40–50 Wh /kg, was sie für Batterien von Elektrofahrzeugen geeignet macht.
VTO ist ebenfalls ein Hingucker. Im Jahr 2023 verwendete die japanische Toshiba Corporation VTO-Folien (Dicke 100–200 nm, hergestellt im CVD-Verfahren) zur Entwicklung intelligenter Fenster, deren Transmission von 85 % auf 15 % (1 V, Reaktionszeit < 3 s) erhöht wurde. Der jährliche Produktionswert betrug rund 100 Millionen Yen. Diese Eigenschaften machen VTO in den Bereichen Energie, Umwelt und intelligente Geräte unverzichtbar. Das Marktvolumen wird bis 2030 voraussichtlich 500 Millionen US-Dollar übersteigen. Zukünftig dürfte die Dotierung von VTO (z. B. mit Ti, N) die Reaktion auf sichtbares Licht (Effizienz > 95 %) weiter verbessern und die grüne Technologierevolution vorantreiben.
1.2 Geschichte und Forschungsfortschritt von violettem Wolframoxid
Die ersten Aufzeichnungen stammen aus dem Jahr 1880, als der deutsche Chemiker Friedrich Wöhler beim Reduzieren von Wolframat (H₂WO₄ ) mit auf 600–700 °C erhitzter Holzkohle zufällig ein violettes Pulver entdeckte. Er hielt es für ein Zwischenstadium von Wolframoxid, analysierte seine Struktur jedoch nicht näher. Im Jahr 1891 beobachtete der französische Wissenschaftler Henri Moissan beim Reduzieren von WO₃ in einem Lichtbogenofen (> 1000 °C, Argonatmosphäre ) erneut eine ähnliche violette Substanz und spekulierte, dass es sich um ein niedrig oxidiertes Produkt handelte, das zunächst „violettes Wolfram“ genannt wurde. Aufgrund der damaligen Beschränkungen der Analysetechnologie (z. B. fehlender XRD) waren seine chemische Zusammensetzung und Kristallstruktur jedoch unklar.
Im 20. Jahrhundert rückte VTO zunehmend in den Fokus der Industrie. 1910 versuchte die US-amerikanische General Electric Company, Wolframpulver durch Wasserstoffreduktion von WO₃ (800 °C, H₂-Fluss 5 l/min) herzustellen. Dabei stellte sich heraus, dass die violette Zwischenphase unter kontrollierten Reduktionsbedingungen (z. B. einem H₂/O₂-Verhältnis von 10:1) stabiler war. 1925 schlug der deutsche Metallurg Otto Ruff erstmals vor, dass VTO eine nichtstöchiometrische Verbindung sein könnte. Basierend auf einer Elementaranalyse schätzte er das W:O-Verhältnis auf etwa 1:2,7, allerdings fehlten ihm noch strukturelle Beweise. Der entscheidende Durchbruch erfolgte 1961, als der schwedische Wissenschaftler Arne Magnéli mittels XRD (Cu Kα, λ = 1,5406 Å ) bestätigte, dass VTO W ₁₈ O ₄ ₉, ein monoklines System und eine geordnete Anordnung von Sauerstoffleerstellen (2θ = 23,5°, 25,8°) war, und damit den theoretischen Grundstein für die moderne Forschung legte.
Industrielle Anwendungen förderten die frühe Entwicklung von VTO. 1965 optimierte Kennametal in den USA den Wasserstoffreduktionsprozess (850–950 °C, H₂-Reinheit > 99,9 %) und nutzte VTO als wichtiges Zwischenprodukt bei der Herstellung von Wolframpulver. Die jährliche Produktion betrug über 2.000 Tonnen für die Hartmetallherstellung. 1978 versuchte die japanische Sumitomo Metal Corporation erstmals, VTO-Pulver (Partikelgröße 10–50 μm) zur Keramikfärbung einzusetzen . Die jährliche Produktionsmenge belief sich auf rund 50 Millionen Yen, was den potenziellen Anwendungswert verdeutlichte.
Mit dem Aufkommen der Nanotechnologie erreichte die VTO-Forschung eine neue Stufe. 1996 stellte das Massachusetts Institute of Technology (MIT) VTO-Nanonadeln (Länge 200–500 nm, TEM) durch thermische Verdampfung (1100 °C, Argonfluss 20 l/min) her und berichtete erstmals über deren Lichtabsorptionsmaximum (550–600 nm, UV-Vis) mit einer Bandlücke von 2,3 eV. 1999 nutzte die Universität Tokio in Japan VTO-Nanostrukturen (spezifische Oberfläche 80 m²/g), um UV-Photokatalyse (365 nm, 10 W/cm² ) zu erreichen , mit einer Farbstoffabbaueffizienz von 85 %. Im Jahr 2008 synthetisierte die Tsinghua-Universität in China mithilfe der Solvothermalmethode (180 °C, 12 h) VTO-Nanostäbe (Durchmesser 20–30 nm) mit einer spezifischen Kapazität von 450 F/g, was eine Welle der Energiespeicherforschung auslöste .
Im 21. Jahrhundert hat sich das Anwendungsgebiet von VTO rasant erweitert. 2014 optimierte das Fraunhofer-Institut in Deutschland die Gasphasenmethode (900 °C, H₂ / Ar = 1:2), um VTO mit einer Reinheit von >99,95 % herzustellen. Der jährliche Produktionswert belief sich auf 30 Millionen Euro. 2019 entwickelte die University of California in den USA einen elektrochromen VTO-Film (Dicke 150 nm) mit einer Transmissionsänderung von 80–10 % und einer Reaktionszeit von <4 s, was die Kommerzialisierung intelligenter Fenster vorantreibt. 2023 steigerte das KIST in Südkorea die H₂-Ausbeute auf 250 μmol / h·g und reduzierte die Bandlücke auf 2,1 eV, indem es VTO-Nanopartikel (Partikelgröße 15–25 nm) mit Titan ( Ti:W = 1:20) dotierte. Im gleichen Zeitraum stieg die Zahl der weltweiten Patentanmeldungen auf 350 (WIPO) und die Zahl der SCI-Dokumente auf 180 pro Jahr, was darauf hindeutet, dass VTO den Übergang von der Grundlagenforschung zur Industrialisierung beschleunigt.
Customized R&D and Production of Tungsten, Molybdenum Products
Chinatungsten Online and CTIA GROUP LTD have been working in the tungsten industry for nearly 30 years, specializing in flexible customization of tungsten and molybdenum products worldwide, which are tungsten and molybdenum design, R&D, production, and overall solution integrators with high visibility and credibility worldwide.
Chinatungsten Online and CTIA GROUP LTD provide products mainly including: tungsten oxide products, such as tungstates such as APT/WO3; tungsten powder and tungsten carbide powder; tungsten metal products such as tungsten wire, tungsten ball, tungsten bar, tungsten electrode, etc.; high-density alloy products, such as dart rods, fishing sinkers, automotive tungsten crankshaft counterweights, mobile phones, clocks and watches, tungsten alloy shielding materials for radioactive medical equipment, etc.; tungsten silver and tungsten copper products for electronic appliances. Cemented carbide products include cutting tools such as cutting, grinding, milling, drilling, planing, wear-resistant parts, nozzles, spheres, anti-skid spikes, molds, structural parts, seals, bearings, high-pressure and high-temperature resistant cavities, top hammers, and other standard and customized high-hardness, high-strength, strong acid and alkali resistant high-performance products. Molybdenum products include molybdenum oxide, molybdenum powder, molybdenum and alloy sintering materials, molybdenum crucibles, molybdenum boats, TZM, TZC, molybdenum wires, molybdenum heating belts, molybdenum spouts, molybdenum copper, molybdenum tungsten alloys, molybdenum sputtering targets, sapphire single crystal furnace components, etc.
For more information about tungsten chemical products please visit the website: tungsten-powder.com
If you are interested in related products, please contact us:
Email: sales@chinatungsten.com
Tel: +86 592 5129696 / 86 592 5129595
