Inhaltsverzeichnis
Kapitel 1 Einleitung
1.1 Hintergrund
1.2 Forschungsziele und Innovationen
1.3 Forschungsstatus im In- und Ausland
Kapitel 2 Grundsätzliches über gelbes Wolframoxid
2.1 Definition von gelbem Wolfram
2.2 Die Form und Verbreitung von Wolfram in der Gegenwart
2.3 Gelbwolfram und sauerstofffreies Wolframoxid/defektes Wolframoxid
2.3.1 Gelbwolfram undblaues Wolframoxid
2.3.2 Wolfram und Purpurwolframoxid
2.3.3 Wolfram und Wolframbraun/Hellbraun-Wolframoxid
2.4 Die Eigenschaften von Wolfram hängen mit dem Sauerstoffgehalt zusammen
2.4.1 Zusammenhang zwischen der Struktur von gelbem Wolfram und dem Sauerstoffgehalt
2.4.2 Zusammenhang zwischen den Eigenschaften von gelbem Wolfram und dem Sauerstoffgehalt
2.4.3 Aufbereitung von gelbem Wolfram und Kontrolle des Sauerstoffgehalts
Kapitel 3 Klassifizierung von gelbem Wolframoxid
3.1 Einstufung von gelbem Wolfram nach Reinheit
3.1.1 Gewöhnliches gelbes Wolfram
3.1.2 Hochreines gelbes Wolfram
3.2 Klassifizierung von gelbem Wolfram anhand der Kristallstruktur
3.2.1 Monoklines Wolfram
3.2.2 Orthorhombisches Wolfram
3.2.3 Hexagonales Wolfram
3.2.4 Kubisches kristallines / tetragonales kristallines gelbes Wolfram
3.2.4 Triklines Wolfram
3.3 Klassifizierung von gelbem Wolfram nach physikalischer Form
3.3.1 Wolfram-Nanopartikel
3.3.2 Wolfram-Nanoblätter
3.3.3 Wolfram-Nanodrähte
3.3.4 Wolfram-Nanostäbchen
3.3.5 Wolfram-Nanoblüten
3.3.6 Wolfram-Nanoröhren
3.3.7 Wolfram-Hohlkugeln
3.4 Einstufung von gelbem Wolfram anhand der Partikelgröße
3.4.1 Grobkörniges gelbes Wolfram
3.4.2 Ultrafeinkörniges gelbes Wolfram
3.4.3 Mikron gelbes Wolfram
3.4.4 Submikron-Xantrea
3.4.5 Nanogelbes Wolfram
3.4.6 Sub-Nano-gelbes Wolfram
Kapitel 4 Kristallstruktur von gelbem Wolframoxid
4.1 Grundlegende Theorie der Kristallstruktur von gelbem Wolfram
4.1.2 Atomare Anordnung von Wolfram
4.1.2 Grundkenntnisse der Wolframkristallographie (Kristallsystem, Gitter, etc.).
4.1.3 Die Art der Kristallstruktur, zu der Wolfram gehört
4.2 Faktoren, die die Kristallstruktur von Wolfram beeinflussen
4.2.1 Einfluss der Präparationsbedingungen auf die Kristallstruktur von Wolfram
4.2.1.1 Einfluss der Reaktionstemperatur auf die Struktur des Wolframkristalls
4.2.1.2 Einfluss des Reaktionsdrucks auf die Kristallstruktur von Wolfram
4.2.1.3 Einfluss der Reaktionszeit auf die Struktur des Wolframkristalls
4.2.1.4 Einfluss der Reaktionsatmosphäre auf die Kristallstruktur von Wolfram
4.2.1.5 Einfluss der Reaktionsgeschwindigkeit auf die Struktur des Wolframkristalls
4.2.1.6 Einfluss von Vorläuferstoffen auf die Kristallstruktur von Wolfram
4.2.1.7 Einfluss von Lösungsmitteln auf die Struktur von Wolframkristallen
4.2.2 Einfluss äußerer Reize auf die Kristallstruktur von gelbem Wolfram
4.2.2.1 Einfluss optischer Strahlung auf die Struktur von Wolframkristallen
4.2.2.2 Einfluss des elektrischen Feldes auf die Struktur von Wolframkristallen
4.2.2.3 Einfluss des Magnetfeldes auf die Struktur von Wolframkristallen
4.3 Der intrinsische Zusammenhang zwischen der Struktur und den Eigenschaften von Wolframkristallen
4.3.1 Beziehung zwischen der Kristallstruktur von Wolfram und dem Grad der elektronischen Struktur
4.3.1.1 Einfluss der Wolframkristallstruktur auf den Elektronentransport
4.3.1.2 Zusammenhang zwischen Wolframbandstruktur und Kristallstruktur
4.3.2 Die Beziehung zwischen der Struktur des Wolframkristalls und der Ionentransportebene
4.3.2.1 Einfluss der Wolframkristallstruktur auf die Ionendiffusion
4.3.2.2 Einfluss des Ioneninterkalations-/Extraktionsprozesses auf die strukturelle Stabilität von Wolframkristallen
4.3.3 Zusammenhang zwischen Wolframkristallstruktur und Oberflächeneigenschaften
4.3.3.1 Einfluss der Wolframkristallstruktur auf die Oberflächenadsorption
4.3.3.2 Zusammenhang zwischen Wolframkristallstruktur und elektronischem Oberflächenzustand
4.3.4 Die Beziehung zwischen Wolframkristallstruktur und mechanischen Eigenschaften
4.3.5 Die Beziehung zwischen Wolframkristallstruktur und optischen Eigenschaften
4.3.6 Zusammenhang zwischen Wolframkristallstruktur und katalytischen Eigenschaften
4.4 Experimentelle Bestimmung der Kristallstruktur von Wolfram
4.4.1 Grundlagen der Röntgenbeugungstechnik
4.4.2 Anwendung der Neutronenbeugungstechnologie bei der Strukturaufklärung
Kapitel 5 Physikalische und chemische Eigenschaften von gelbem Wolframoxid
5.1 Aussehen und Farbe von Wolfram
5.2 Dichte/spezifisches Gewicht von Wolfram
5.3 Thermische Stabilität von gelbem Wolfram
5.3.1 Schmelzpunkt von gelbem Wolfram
5.3.2 Zersetzungstemperatur von Wolfram
5.3.3 Wärmeausdehnungskoeffizient von Wolfram
5.4 Löslichkeit von gelbem Wolfram
5.5 Katalytische Eigenschaften von gelbem Wolfram
5.6 Spezifische Oberfläche von Wolfram
5.7 Lose Dichte von Wolfram
5.8 Optische Eigenschaften von gelbem Wolfram
5.8.1 Lichtabsorption und photokatalytische Eigenschaften von Wolfram
5.8.2 Photochrome Eigenschaften von Wolfram
5.9 Elektrische Eigenschaften von gelbem Wolfram
5.9.1 Halbleitereigenschaften von Wolframgelb
5.9.2 Elektrochrome Eigenschaften von Wolfram
5.10 Thermische Eigenschaften von gelbem Wolfram
5.10.1 Thermische Stabilität von Wolfram
5.10.2 Wärmeausdehnungseigenschaften von Wolfram
5.11 Gasempfindlichkeit von gelbem Wolfram
5.12 Gelb-Wolfram-Redox-Reaktionen
5.13 Säure-Base-Reaktion von gelbem Wolfram
Kapitel 6 Herstellungsverfahren für gelbes Wolfram/gelbes Wolframoxid
6.1 Traditionelle Zubereitungsmethoden für gelbes Wolfram
6.1.1 Die traditionelle Herstellungsmethode von gelbem Wolfram – Hochtemperatur-Festphasenreaktionsverfahren
6.1.2 Traditionelles Herstellungsverfahren des gelben Wolfram-Sol-Gel-Verfahrens/Sol-Gel-Herstellungsverfahren des gelben Wolframs
6.1.3 Traditionelles Herstellungsverfahren für gelbes Wolfram – hydrothermales Verfahren
6.1.4 Die traditionelle Herstellungsmethode des gelben Wolfram-Ammoniumwolfram-Verfahrens
6.1.5 Das traditionelle Herstellungsverfahren von gelbem Wolfram – Salzsäure-Zersetzungsverfahren von Wolfram
6.1.6 Das traditionelle Verfahren zur Herstellung von gelbem Wolfram – Verfahren der thermischen Zersetzung von Ammoniumparawolframat
6.2 Neue Aufbereitungsmethode für gelbes Wolfram
6.2.1 Ein neues Präparationsverfahren für gelbes Wolfram – elektrochemische Abscheidung
6.2.2 Ein neues Aufbereitungsverfahren für gelbes Wolfram – Gasphasenabscheidungsverfahren
6.2.3 Ein neues Verfahren zur Herstellung von gelbem Wolfram – biologische Template-Methode
Kapitel 7 Anlagen zur Herstellung von gelbem Wolframoxid
7.1 Kernausrüstung für die Herstellung von gelbem Wolfram durch das Hochtemperatur-Festphasenreaktionsverfahren
7.1.1 Geräte für den Materialumschlag
7.1.1.1 Brecher
7.1.1.2 Kugelmühlen
7.1.2 Spritzgießanlagen
7.1.2.1 Tablettenpressen
7.1.3 Hochtemperatur-Sinteranlagen
7.1.3.1 Hochtemperatur-Öfen
7.1.3.1 Temperiersysteme
7.1.4 Geräte zur Kontrolle der Atmosphäre
7.1.4.1 Öfen mit Atmosphäre
7.1.4.2 Gasversorgungssysteme
7.1.5 Kühlgeräte
7.1.5.1 Freie Kühlgeräte
7.1.5.2 Zwangskühlanlagen
7.1.6 Nachbearbeitungsgeräte
7.1.6.1 Schleifgeräte
7.1.6.2 Screening-Geräte
7.2 Die Kernausrüstung für die Herstellung von gelbem Wolfram nach der Sol-Gel-Methode
7.2.1 Mischanlagen
7.2.1.1 Mechanische Rührwerke
7.2.2 Heizungsanlagen
7.2.2.1 Thermostatisches Wasserbad
7.2.2.2 Öfen
7.2.3 Reaktionsgefäße
7.2.3.1 Reaktoren
7.2.4 Schleifanlagen
7.2.4.1 Mörser und Stößel
7.2.4.2 Planeten-Kugelmühlen
7.2.5 Filtrations- und Waschanlagen
7.2.5.1 Saugfiltergerät
7.2.5.2 Zentrifugen
7.3 Kernausrüstung zur Herstellung von gelbem Wolfram durch elektrochemische Abscheidung
7.3.1 Elektrolyseure
7.3.2 Elektroden
7.3.3 Stromversorgung
7.3.4 Elektrolytkonfiguration und -speichereinrichtung
7.3.4.1 Mischanlagen
7.3.4.2 Lagerbehälter
7.3.5 Heiz- und Kühlgeräte
7.3.6 Filtrationsanlagen
7.3.7 Analyse- und Prüfgeräte
7.4 Kernausrüstung für die Herstellung von gelbem Wolfram durch physikalische Gasphasenabscheidung
7.4.1 Ausrüstung für Verdampfungsquellen
7.4.2 Vakuum-Systeme
7.4.3 Geräte zum Heizen und Kühlen von Substraten
7.4.4 Geräte zur Überwachung der Schichtdicke
7.5 Kernausrüstung zur Herstellung von gelbem Wolfram durch chemische Gasphasenabscheidung
7.5.1 Reaktionskammern
7.5.2 Gasversorgungssysteme
7.5.3 Heizungsanlagen
7.5.4 Vakuum-Systeme
7.5.5 Abgasnachbehandlungssystem
7.6 Kernausrüstung für die Herstellung von gelbem Wolfram nach biologischem Template-Verfahren
7.6.1 Reaktionsgefäße
7.6.2 Heizungsanlagen
7.6.3 Mischanlagen
7.6.4 Temperiergeräte
7.6.5 Filtrationsanlagen
7.6.6 Trocknungsanlagen
7.7 Ausrüstung zur Charakterisierung
7.7.1 Röntgendiffraktometer
7.7.2 Rasterelektronenmikroskopie
7.7.3 Transmissionselektronenmikroskopie
7.7.4 UV-Vis-Spektralphotometer
Kapitel 8 Forschung zum Nachweisprinzip von gelbem Wolframoxid
8.1 Wolframdetektion – Spektroskopie
8.1.1 Detektion von gelbem Wolfram – Röntgenfluoreszenzspektroskopie
8.1.2 Wolframdetektion – Raman-Spektroskopie
8.2 Wolframdetektion – Elektrochemische Analyse
8.2.1 Gelbe Wolfram-Erkennungs-Volcanoammetrie
8.3 Andere Methoden zum Nachweis von gelbem Wolfram
8.3.1 Wolframdetektion – Thermogravimetrische Analyse
Kapitel 9 Anwendungsgebiete von gelbem Wolframoxid
9.1 Anwendung von gelbem Wolfram in Wolframprodukten
9.1.1 Anwendung von gelbem Wolfram bei der Herstellung von Wolframpulver
9.1.2 Anwendung von gelbem Wolfram bei der Herstellung von Wolframdraht
9.1.3 Verwendung von gelbem Wolfram bei der Herstellung von Wolframstangen
9.1.4 Anwendung von gelbem Wolfram in einer Wolfram-Kupfer-Legierung
9.1.5 Anwendung von gelbem Wolfram in einer Wolfram-Nickel-Eisen-Legierung
9.1.6 Anwendung von gelbem Wolfram in Hartmetall
9.2 Anwendung von gelbem Wolfram im Bereich der Umwelt
9.2.1 Anwendung von gelbem Wolfram in der Luftreinigung
9.2.2 Anwendung von gelbem Wolfram in der Abwasserbehandlung
9.3 Anwendung von gelbem Wolfram im Bereich der intelligenten Materialien
9.3.1 Anwendung von gelbem Wolfram in elektrochromen Geräten
9.3.2 Anwendung von Wolfram in Gassensoren
9.4 Anwendung von gelbem Wolfram im Bereich der elektronischen Information
9.4.1 Anwendung von Wolfram in Feldeffekttransistoren
9.4.2 Anwendung von Wolframflavum in Speichergeräten
9.5 Anwendung von gelbem Wolfram im Maschinenbau
9.5.1 Anwendung von Wolfram in Werkzeugbeschichtungen
9.5.2 Anwendung von Wolfram in verschleißfesten Teilen
9.6 Wolfram in biomedizinischen Anwendungen
9.6.1 Anwendung von Wolfram in Biosensoren
9.6.2 Anwendung von gelbem Wolfram in der photothermischen Therapie
9.7 Anwendung von gelbem Wolfram im Bereich der optischen Anzeige
9.7.1 Anwendung von Wolfram in Displays
9.8 Anwendung von gelbem Wolfram in katalytischer Unterstützung
9.8.1 Anwendung von gelbem Wolfram in trägergestützten Katalysatoren
9.9 Anwendung von gelbem Wolfram im Bereich der feuerfesten Gewebe
9.9.1 Anwendung von feuerfesten Wolframgeweben im industriellen Bereich
9.9.2 Anwendung von feuerfesten Wolframgeweben im täglichen Leben
9.9.3 Anwendung von feuerfesten Wolframgeweben im öffentlichen Verkehr
9.10 Anwendung von gelbem Wolfram in Agrarfolien
9.11 Anwendung von gelbem Wolfram im Energiebereich
9.11.1 Anwendung von gelbem Wolfram in Lithium-Ionen-Batterien
9.11.2 Anwendung von Wolfram in Superkondensatoren
9.11.3 Anwendung von gelbem Wolfram bei der photokatalytischen Wasserspaltung zu Wasserstoff
Kapitel 10 Sicherheit und Umweltschutz von gelbem Wolframoxid
10.1 Sicherheitsaspekte von Wolfram
10.2 Umweltschutz durch gelbes Wolfram
10.3 Sicherheitsdatenblatt (MSDS) für gelbes Wolfram
Kapitel 11 In- und ausländische Normen für gelbes Wolfram/gelbes Wolframoxid
11.1 Chinesische nationale Normen
11.2 Internationale Normen
11.3 Gelbe Wolframnormen in Europa, Amerika, Japan, Südkorea und anderen Ländern auf der ganzen Welt
Kapitel 12 Gelbwolfram / Gelbwolframoxid – Fakten und Zahlen
12.1 Was sind die wichtigsten Fakten über Wolfram?
12.2 Alle Daten von Wolfram (physikalisch-chemische Eigenschaften, produktions- und anwendungstechnische Parameter)
Anhang: Mehrsprachiges Glossar der Begriffe aus gelbem Wolfram (Chinesisch, Englisch, Japanisch, Koreanisch)
Referenzen
Kapitel 1 Einleitung
Als wichtiger Funktionswerkstoff hat Wolframtrioxid (WO₃) aufgrund seiner hervorragenden physikalischen und chemischen Eigenschaften (z.B. Bandlücke 2,6–2,8 eV, Dichte 7,16 g/cm³) und vielfältiger Anwendungsszenarien in den Bereichen Materialwissenschaften, Energie, Umwelt und Elektronik viel Aufmerksamkeit auf sich gezogen. Die einzigartigen Eigenschaften von Wolframgelb, einschließlich elektrochromer (70 % >Änderung der Lichtdurchlässigkeit), Photokatalyse (Wasserstofferzeugung >1 mmol/h·g), elektrochemischer Aktivität (spezifische Kapazität >500 F/g) und thermischer Stabilität (Zersetzungstemperatur >1700 °C), machen es ideal für intelligente Materialien, Energiespeicher und Katalysatoren. In diesem Kapitel werden die wissenschaftliche Bedeutung und der wissenschaftliche Wert von gelbem Wolfram systematisch unter drei Aspekten erläutert: Forschungshintergrund, Forschungsziele und Innovationen sowie Forschungsstatus im In- und Ausland, was die Grundlage für die folgenden Kapitel bildet.
1.1 Hintergrund
Als wichtiges Mitglied der Familie der Wolframverbindungen ist gelbes Wolfram weit verbreitet in Wolframmineralien (wie Scheelit, WO₃-Gehalt >50 ). Gew.-%) und durch Hydrometallurgie (Ausbeute >95 %) oder Hochtemperaturröstung (Reinheit >99,9 %) gereinigt. Die weltweiten Wolfram-Ressourcenreserven belaufen sich auf etwa 3,5 Millionen Tonnen, die hauptsächlich in China (>50%), Russland und Australien verteilt sind, mit einer Jahresproduktion von etwa 8-100.000 Tonnen, von denen gelbes Wolfram eine wichtige Position als Vorläufer von Wolframprodukten (Wolframpulver, Wolframdraht) einnimmt (Marktgröße > 1 Milliarde US-Dollar/Jahr). In den letzten Jahren hat sich mit der Entwicklung der Nanotechnologie die Anwendung von Gelbwolfram-Nanomaterialien (Partikelgröße 20–200 nm, spezifische Oberfläche >50 m²/g) in High-Tech-Bereichen rasant ausgeweitet, wie z. B. intelligente Fenster (Energieeinsparung >20 %), Lithium-Ionen-Batterien (Kapazität > 200 mAh/g) und photokatalytische Wasserspaltung (Solarenergienutzungsrate >5 %).
Der Forschungshintergrund von Wolframgelb steht in engem Zusammenhang mit der globalen Energiekrise, der Umweltverschmutzung und der Forderung nach intelligenter Fertigung. Im Energiesektor treiben saubere Energie (z. B. Wasserstoff, mit einem Marktnachfragewachstum von > 10 %/Jahr) und effiziente Energiespeicherung (z. B. Superkondensatoren, Leistungsdichte >10 kW/kg) die Verwendung von Wolfram in der photokatalytischen Wasserstoffproduktion und in Elektrodenmaterialien voran. Im Umweltbereich bieten die photokatalytische Degradation (Entfernungsrate organischer Substanz > 90 %) und die Gassensorik (Nachweisgrenze <0,1 ppm) von gelbem Wolfram Lösungen für die Luftreinigung und Abwasserbehandlung. Im Bereich der Smart Materials unterstützen die elektrochromen und gasempfindlichen Eigenschaften von Wolfram die Entwicklung von Smart Displays (Reaktionszeit <1 Sekunde) und Sensoren (Empfindlichkeit > 100). Darüber hinaus hat die Anwendung von Wolfram in aufstrebenden Bereichen wie feuerfeste Gewebe (LOI>30 %), landwirtschaftliche Folien (Temperaturanstieg >2 °C) und Biomedizin (photothermische Sterilisationsrate >99 %) das Marktpotenzial weiter erweitert (Wachstumsrate >8 %/Jahr).
Bei der Herstellung und Anwendung von gelbem Wolfram gibt es jedoch Herausforderungen, darunter ein hoher Energieverbrauch (1–5 kWh/kg), die Abfallentsorgung (W<0,5 mg/L) und die Sicherheit von Nanomaterialien (Staub < 10 mg/m³). Diese Probleme haben die akademische Welt und die Industrie dazu veranlasst, die Kristallstruktur (monokline, hexagonal usw.), die Präparationsmethoden (hydrothermale Methode, Gasphasenabscheidung) und die Leistungsoptimierung (Dotierung zur Erhöhung der Leitfähigkeit um >30%) zu untersuchen. Daher ist die systematische Untersuchung der Eigenschaften, der Herstellung und der Anwendung von gelbem Wolfram nicht nur von großer wissenschaftlicher Bedeutung, sondern hat auch einen praktischen Wert für die Förderung einer umweltfreundlichen Produktion und einer nachhaltigen Entwicklung (Kohlenstoffemissionsziel < 0,1 kg/kg).
1.2 Forschungsziele und Innovationen
Ziel dieser Studie ist es, die grundlegenden Eigenschaften, die Präparationstechnologie, die Nachweismethoden und Mehrfeldanwendungen von gelbem Wolfram umfassend und systematisch zu erforschen und eine theoretische Anleitung und praktische Referenz für seine wissenschaftliche Forschung und Industrialisierung bereitzustellen. Zu den konkreten Forschungszielen gehören folgende Aspekte: Zum einen die Aufklärung des internen Zusammenhangs zwischen den physikalisch-chemischen Eigenschaften (Bandlücke, Dichte, Löslichkeit) und der Kristallstruktur (monokline und hexagonale) von gelbem Wolfram und zum anderen die Aufklärung des Struktur-Eigenschafts-Verhältnisses (Elektronentransport, Ionendiffusion). Zweitens wurden die traditionellen (Hochtemperatur-Festphasenverfahren, Sol-Gel-Methode) und neuen Präparationsverfahren (elektrochemische Abscheidung, biologische Template-Methode) von gelbem Wolfram aussortiert und die Prozessparameter (Energieverbrauch < 1 kWh/kg, Ausbeute >95%) Drittens wurde das Anwendungspotenzial von Wolfram in den Bereichen Wolframprodukte (Hartmetallhärte > 90 HRA), Energie (Batteriekapazität> 200 mAh/g), Umwelt (Degradationsrate >90%) und intelligente Materialien (Färbeeffizienz > 50 cm²/C) analysiert und Strategien zur Leistungsverbesserung (Dotierung und Compoundierung) vorgeschlagen. Schließlich wurden die Sicherheit (LD50>2000 mg/kg) und die Umweltauswirkungen (Abfall W<0,1 mg/L) von gelbem Wolfram bewertet und Vorschläge für eine umweltfreundliche Produktion und Standardisierung (Compliance-Quote > 95%) unterbreitet.
Zu den Innovationen in dieser Studie gehören:
1. Struktur-Leistungs-Korrelationssystemanalyse: Röntgenbeugung (XRD, Winkelgenauigkeit ±0,01°) und First-Principles-Berechnungen (Genauigkeit ±0,1 eV) zur Aufdeckung des Einflusses der Wolframkristallstruktur (monokline und hexagonal) auf das Elektronenband (Bandlücke 2,6–2,8 eV), den Ionentransport (Diffusionskoeffizient >10⁻¹² cm²/s) und die katalytische Leistung (TOF>10 s⁻¹) zur Schließung der nanoWO₃ Lücken in Charakterisierungsstudien (Literaturabdeckung < 50%).
2. Optimierung des neuen Präparationsprozesses: Die biologische Template-Methode (Kosten < 50 US$/kg) und die hydrothermale Niedertemperaturmethode (<150 °C) wurden vorgeschlagen, um eine effiziente Synthese von Nano-WO₃ (Partikelgröße <50 nm, Ausbeute >90 %) zu erreichen, den Energieverbrauch zu senken (<0,5 kWh/kg) und die Kontrollierbarkeit der Morphologie zu verbessern (Abweichung <5 %). 3. Integrierte Forschung zu domänenübergreifenden Anwendungen: Zum ersten Mal wurden die Anwendungsdaten von gelbem Wolfram in aufstrebenden Bereichen wie feuerfeste Gewebe (LOI>30%), landwirtschaftliche Folien (Nahinfrarotabsorption>80%) und biomedizinische (photothermische Effizienz >40%) und Verbundstrategien (wie WO₃/Graphen) vorgeschlagen, um die Leistung zu verbessern (20–30%).
4. Umfassende Bewertung von Sicherheit und Umweltschutz: In Kombination mit Sicherheitsdatenblättern und Umweltschutznormen (GB 25466-2010) wurden die Umweltauswirkungen der Produktion von gelbem Wolfram (CO₂<0,5 kg/kg, W-Emission <0,05 mg/L) quantifiziert, und es wurden Abfallrecycling (>85 %) und umweltfreundliche Prozesslösungen vorgeschlagen, um eine nachhaltige Entwicklung zu fördern (Marktpotenzial > 2 Milliarden US-Dollar/Jahr).
1.3 Forschungsstatus im In- und Ausland
Aktueller Stand der heimischen Forschung
China ist der weltweit größte Produzent von Wolfram und seine Forschungsschwerpunkte liegen in den Bereichen Wolframprodukte, Energie und Umwelt. Die University of Science and Technology Beijing und die Central South University haben Fortschritte bei der Reinigung von gelbem Wolfram (Reinheit > 99,95 %) und Wolframpulverherstellung (Partikelgröße 0,5–5 μm), der Optimierung der Hydrometallurgie (Ausbeute > 95 %) und des Reduktionsprozesses (H₂-Verbrauch < 10 l/g) erzielt. Die Tsinghua-Universität und die Chinesische Akademie der Wissenschaften haben die Führung bei der Herstellung (hydrothermal, Partikelgröße 20–200 nm) und Anwendung (photokatalytische Degradationsrate >90 %) von Nano-WO₃ übernommen und Dotierungstechnologien entwickelt (z. B. N, Ti, die die Reaktion des sichtbaren Lichts um 30 % > verbessern). Im Energiebereich hat die Universität Zhejiang die Anwendung von WO₃ in Lithiumbatterien (Kapazität > 200 mAh/g) und Superkondensatoren (spezifische Kapazität > 500 F/g) untersucht und Kompositelektroden (WO₃) vorgeschlagen. /C, 1000 Zyklen >). Im Bereich Umwelt hat die Fudan Universität einen WO₃-basierten Sensor (NO₂-Nachweisgrenze < 0,1 ppm) zur Überwachung der Luftqualität (Empfindlichkeit > 100) entwickelt. Die Analyse der Kristallstruktur-Leistungs-Korrelation von Wolfram in inländischen Studien ist jedoch unzureichend (Literatur macht <30 % aus), neue Präparationsmethoden (z. B. biologische Template-Methode) befinden sich noch im Laborstadium (Maßstab < 1 kg/Charge) und der Umweltschutzprozess (Energieverbrauch < 1 kWh/kg) muss durchbrochen werden. Aktueller Stand der Forschung im Ausland Die ausländische Forschung konzentriert sich auf die Vereinigten Staaten, die Europäische Union und Japan, wobei der Schwerpunkt auf den Nanoeigenschaften und High-End-Anwendungen von gelbem Wolfram liegt. Das Massachusetts Institute of Technology (MIT) ist führend bei elektrochromen WO₃-Geräten (Färbeeffizienz > 50 cm²/C) und hat flexible intelligente Fenster entwickelt (Änderung der Lichtdurchlässigkeit > 70 % und eine Lebensdauer von > 5000 Zyklen). Die Europäische Union (z.B. das Max-Planck-Institut in Deutschland) hat Fortschritte bei der photokatalytischen Wasserstoffproduktion (Wasserstoffproduktion > 1 mmol/h·g) und dem organischen Abbau (Wirkungsgrad >90%) durch Dotierung und Heteroübergang (WO₃/TiO₂) erzielt. ), um die Quantenausbeute (>5%) zu erhöhen. Die University of Tokyo, Japan, untersuchte die Anwendung von WO₃ in Gassensoren (NH₃-Nachweisgrenze < 0,1 ppm) und Feldeffekttransistoren (Mobilität > 10 cm²/V·s) zur Optimierung der Dünnschichtvorbereitung (Gasphasenabscheidung, Dicke 10–100 nm). Die Seoul National University in Südkorea hat das Potenzial von WO₃ in der Biomedizin (photothermische Sterilisationsrate >99 %) und feuerhemmenden Geweben (LOI>30 %) erforscht und Nanokomposit-Beschichtungen (10–100 μm Dicke) entwickelt. Die Vorteile der ausländischen Forschung sind die hochpräzise Charakterisierung (XRD, TEM, Auflösung < 0,1 nm) und die theoretische Simulation (DFT, Fehler < 0,1 eV), aber der Produktionsmaßstab ist klein (< 1000 Tonnen/Jahr) und die Kosten sind hoch (> 100 USD/kg), was die Industrialisierung einschränkt.
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