目次
第1章 はじめに
1.1 紫色酸化タングステンの定義と重要性
1.2 紫色酸化タングステンの歴史と研究の進歩
1.3 本書の構成と目的
第2章：紫色酸化タングステンの構造と特性
2.1 結晶構造と化学組成
2.1.1 W₁₈O₄₉の非化学量論的性質
2.1.2 針状構造の微視的特徴
2.2 物理的性質
2.2.1 光学特性（バンドギャップと吸収）
2.2.2 電気特性（導電性とキャリア移動）
2.3 化学的性質
2.3.1 酸化還元挙動
2.3.2 表面活性と吸着特性
第3章：紫色酸化タングステンの合成
3.1 気相調製
3.1.1 化学蒸着法（CVD）
3.1.2 熱蒸発
3.2 固相調製
3.2.1 水素還元
3.2.2 高温焼成
3.3 液相調製
3.3.1 溶媒熱法
3.3.2 水熱法
3.4 合成プロセスの最適化とパラメータ制御
第4章 紫色酸化タングステンの特性評価技術
4.1 構造特性
4.1.1 X線回折（XRD）
4.1.2 走査型電子顕微鏡（SEM）と透過型電子顕微鏡（TEM）
4.2 構成分析
4.2.1 誘導結合プラズマ質量分析法（ICP-MS）
4.2.2 X線光電子分光法（XPS）
4.3 パフォーマンステスト
4.3.1 BET比表面積の測定
4.3.2 紫外可視分光法（UV-Vis）と光触媒性能
第5章 紫色酸化タングステンの応用分野
5.1 エネルギー貯蔵材料
5.1.1 スーパーキャパシタ電極
5.1.2 リチウムイオン電池のアノード
5.2 光触媒と環境応用
5.2.1 有機汚染物質の分解
5.2.2 水分解による水素製造
5.3 エレクトロクロミックデバイス
5.3.1 スマートウィンドウ素材
5.3.2 表示デバイス
5.4 その他の新興アプリケーション
5.4.1 ガスセンサー
5.4.2 熱制御コーティング
第6章 紫色酸化タングステンの工業生産
6.1 工業生産プロセス
6.1.1 原材料の選択と前処理
6.1.2 大規模調製技術
6.2 純度管理と品質保証
6.2.1 不純物除去技術
6.2.2 品質検査と認証
6.3 コスト最適化と環境設計
6.3.1 エネルギー消費と廃棄物処理
6.3.2 グリーン生産技術
第7章：紫色酸化タングステンの技術的課題と解決策
7.1 合成中の安定性制御
7.1.1 温度と大気の影響
7.1.2 形態と大きさの均一性
7.2 パフォーマンスの最適化
7.2.1 光触媒効率の向上
7.2.2 電気化学的性能の向上
7.3 産業上のボトルネック
7.3.1 生産規模とコストのバランス
7.3.2 環境規制と遵守
7.4 今後の開発方向
7.4.1 新しい合成プロセス
7.4.2 多機能複合材料
第8章 紫色酸化タングステンの規格と仕様
8.1 国際規格
8.1.1 ISO関連のナノマテリアル規格
8.1.2 ASTM材料仕様
8.2 国家基準
8.2.1 中国GB/T規格
8.2.2 日本JIS規格
8.3 標準の適用とコンプライアンス
8.3.1 試験方法の選択
8.3.2 国際規格と地域規格の調整
付録
付録A：紫色酸化タングステン関連用語集
中国語、英語、日本語、韓国語の多言語比較
付録B：紫色酸化タングステンの調製のための実験プロトコル
実験室および産業プロセスの例
付録C: 紫色酸化タングステンに関連する特許一覧
特許番号、名称および要約
付録D：紫色酸化タングステン標準リスト
中国、日本、ドイツ、ロシア、韓国、国際規格との比較
付録E：紫色酸化タングステン参考文献
学術論文、特許、規格、書籍
第1章 はじめに
1.1 紫色酸化タングステンの定義と重要性
バイオレットタングステン酸化物（VTO）は、化学式が通常WO ₂ . ₇₂またはW ₁₈ O ₄ ₉と表され、非化学量論的酸化物であり、タングステン酸化物ファミリーの重要なメンバーです。濃い紫色の外観を持ち、主に針状または棒状の単斜晶系構造（空間群P2/m）を有し、格子定数はa = 18.33 Å、 b = 3.78 Å、 c = 14.04 Å、 β = 115.2°（XRDデータ）です。黄色のWO₃ （単斜晶系）や青色のWO ₂.₉などの他のタングステン酸化物と比較して、 （斜方晶系 VTO は、高酸素空孔濃度 (約 5%～10%、XPS 測定) と、その結果得られる高比表面積 (50～150 m²/g、BET 法)、狭いバンドギャップ (2.2～2.4 eV、 Tauc法)などの優れた特性によって独特です。
VTOはその汎用性に反映されています。2023年、中国科学院はVTOナノロッド（直径20～50 nm）をベースとした光触媒を報告しました。この触媒は可視光（400～700 nm、20 W/cm² ）下でメチレンブルーを92%の効率で分解し、従来のWO₃（75%）よりも優れた性能を発揮しました。その針状構造は活性部位（NH₃-TPD、0.8～1.2 mmol/g）を強化し、光触媒反応に必要な電子正孔対を増加させます（ESR検出・OH収率＞10¹⁵スピン/ g） 。さらに、VTOはエネルギー貯蔵の分野でも優れた性能を発揮します。例えば、清華大学が2022年に開発したVTO/カーボン複合電極は、比容量が600～700 F/g、サイクル寿命が10⁴回以上、エネルギー密度が40～ 50Wh /kgと、電気自動車のバッテリーに適しています。
VTOも注目を集めています。2023年には、日本の東芝がVTOフィルム（厚さ100～200nm、CVD法）を用いてスマートウィンドウを開発し、透過率が85％から15％（1V、応答時間<3秒）に変化しました。年間生産額は約1億円でした。これらの特徴により、VTOはエネルギー、環境、スマートデバイスの分野でかけがえのない存在となり、市場規模は2030年までに5億ドルを超えると予想されています。今後、VTOへのドーピング改質（Ti、Nなど）により、可視光応答性がさらに向上し（効率>95％）、グリーンテクノロジー革命が促進されると期待されています。
1.2 紫色酸化タングステンの歴史と研究の進歩
最古の記録は1880年に遡ります。ドイツの化学者フリードリヒ・ヴェーラーは、600～700℃に加熱した木炭でタングステン酸（H₂WO₄ ）を還元した際に、偶然紫色の粉末を発見しました。ヴェーラーはこれを酸化タングステンの中間状態とみなしましたが、その構造を詳細に分析することはありませんでした。 1891年、フランスの科学者アンリ・モアッサンが電気アーク炉（>1000℃、アルゴン雰囲気）でWO₃を還元した際に、同様の紫色の物質を観察し、低酸化生成物であると推測しました。当初、この物質は「紫タングステン」と名付けられました。しかし、当時の分析技術の限界（X線回折法など）により、その化学組成と結晶構造は明らかではありませんでした。
20世紀に入ると、VTOは産業界の注目を集め始めました。1910年、アメリカのゼネラル・エレクトリック社は、WO₃（800℃、H₂流量5L/分）の水素還元によるタングステン粉末の製造を試み、紫色の中間相は、制御された還元条件（例えばH₂/O₂比10:1）下でより安定することを発見しました。1925年、ドイツの冶金学者オットー・ルフは、元素分析に基づいてW:O₃ …重要な進歩は 1961 年に起こりました。スウェーデンの科学者 Arne Magnéli がXRD (Cu Kα、λ = 1.5406 Å )を使用して、VTO が W ₁₈ O ₄ ₉ 、単斜晶系、および酸素空孔の整然とした配置 (2θ = 23.5°、25.8°) であることを確認し、現代の研究の理論的基礎を築きました。
VTOの初期開発は産業応用によって促進されました。1965年、米国のケナメタル社は水素還元プロセス（850～950℃、H₂純度>99.9%）を最適化し、VTOをタングステン粉末製造の主要中間体として採用しました。この粉末は、超硬合金製造用の年間生産量2,000トンを超えました。1978年には、日本の住友金属株式会社が初めてVTO粉末（粒径10～50μm）をセラミック着色に使用しようと試み、年間生産額は約5,000万円に達し、その潜在的な応用価値を示しました。
ナノテクノロジーの台頭により、VTO研究は新たな段階に入りました。1996年、マサチューセッツ工科大学（MIT）は、熱蒸発（1100℃、 Ar流量20L/分）によりVTOナノニードル（長さ200～500nm、TEM）を作製し、その光吸収ピーク（550～600nm、UV-Vis）とバンドギャップ2.3eVを初めて報告しました。1999年には、日本の東京大学がVTOナノ構造（比表面積80m²/g）を用いてUV光触媒（365nm、10W/cm² ）を実現し、染料分解効率は85%に達しました。 2008年、中国の清華大学は、溶媒熱法（180℃、12時間）で、比静電容量450 F/gのVTOナノロッド（直径20～30nm）を合成し、エネルギー貯蔵研究の波を起こしました。
に入り、VTOの応用分野は急速に拡大しました。2014年、ドイツのフラウンホーファー研究所は気相法（900℃、H₂/ Ar ＝1：2）を最適化し、純度99.95％を超えるVTOを調製し、年間生産額は3000万ユーロに達しました。2019年、米国カリフォルニア大学は、透過率の変化が80％～10％、応答時間が4秒未満のVTOエレクトロクロミックフィルム（厚さ150nm）を開発し、スマートウィンドウの商用化を促進しました。2023年、韓国のKISTは、 VTOナノ粒子（粒子サイズ15～25nm）にTi（ Ti：W ＝1：20）をドープすることで、H₂収量を250μmol / h·gに増加させ、バンドギャップを2.1eVに縮小しました。同期間に、世界特許出願件数は350件（WIPO）、SCI論文数は年間180件に達し、VTOが基礎研究から産業化へと加速していることが分かります。
1.3 本書の構成と目的
本書は、紫色酸化タングステンに関する基礎科学から産業応用に至るまでの包括的な知識を体系的に探求し、既存の文献における体系的な研究の空白を埋めることを目的としています。本書は8つの章と5つの付録で構成され、構成は以下のとおりです。
第2章から第4章では、基礎理論と技術に焦点を当て、それぞれVTOの構造特性（結晶構造、バンドギャップ）、合成方法（気相、液相）、特性評価技術（XRD、SEM）について解説し、実験パラメータ（還元温度850℃、水素流量5～15L/分など）とデータ分析（比表面積50～150m²/gなど）を示します。第5章では、エネルギー貯蔵（比容量＞600F/g）、光触媒（分解率＞90％）、エレクトロクロミック（応答時間＜3秒）などの分野を網羅し、事例（2023年の東芝スマートウィンドウなど）を交えて応用例を示します。
第 6 章から第 7 章は工業化に焦点を当てており、生産プロセス (年間生産量 > 500 トン)、品質管理 (純度 > 99.95%)、技術的課題 (形態の均一性、エラー < 5%) を分析し、最適化ソリューション (AI プロセス制御、効率 + 20%) を提案しています。
第 8 章では、ISO および GB/T の要件 (不純物 <50 ppm など) を含む標準仕様をまとめています。
付録には、用語集（中国語、英語、日本語、韓国語）、実験プロトコル（ソルボサーマルパラメータ）、特許リスト（50 件以上）、標準比較、参考文献（100 件以上）が掲載されています。
本書の目的は、研究者への理論的サポート（格子定数、酸素空孔効果）、エンジニアへの技術ガイダンス（生産エネルギー消費量<500kWh/トン）、そして産業界への応用ブループリント（市場規模> 5億ドル）を提供することです。最新のデータ（ 2023年の韓国における水素生産量など）とトレンド（ドーピング修正など）を統合することで、本書はVTOの実験室から市場への飛躍を促進することを目指しています。今後10年間で、新エネルギーおよびスマートマテリアル分野への貢献は50%増加すると期待されています。
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