纳米针紫色氧化钨生产机理

紫氧化钨在日常生活中有多种用途,除了可以用来生产超细钨粉与超细碳化钨粉外,还是致变色窗、石油工业和锂离子电池负极的良好添加剂。下面,主要介绍的是纳米针紫色氧化钨以仲钨酸铵5(NH4)2O•12WO3•5H2O为原料的生产机理:

A、当仲钨酸铵5(NH4)2O•12WO3•5H2O被加热到400℃以上时,发生式(1)中反应,生成黄色氧化钨WO3、氨气NH3和水蒸气H2O。

5(NH4)2O•12WO3•5H2O=12WO3+10NH3+10H2O(1)

B、式(1)中的反应产物氨气NH3或者其他方式引入的氨气(NH3)会在钨氧化物WOx(2≤x≤3)催化作用下发生式(2)中反应,生成还原性气体氢气(H2)。

2NH3=N2+3H2(2)

C、当反应温度升高到500℃以上时,式(1)中的反应产物黄色氧化钨WO3会与式(2)中的反应产物氢气H2 或其他方式引入的氢气H2发生式(3)中的还原反应,生成蓝色氧化钨WO2.9和水蒸气H2O。

WO3+0.1H2=WO2.9+0.1H2O(3)

D、反应温度继续升高到600℃以上时,式(3)中的反应产物蓝色氧化钨WO2.9会与式(1)中的反应产物氢气H2或其他方式引入的氢气H2发生式(4)中的还原反应,生成紫色氧化钨WO2.72和水蒸气H2O。

WO2.9+0.18H2=WO2.72+0.18H2O(4)

E、在式(1)、式(3)和式(4)中均有水蒸气H2O产生,高温下水蒸气H2O可以与钨氧化物WOx(2≤x≤3)发生可逆反应,具体见式(5)。生成水合氧化钨WO2(OH)2,水合氧化钨WO2(OH)2在高温下是一种气体。

WOx+(4-x)H2O≒WO2(OH)2+(3-x)H2(5)

F、通过水合氧化钨WO2(OH)2气相迁移,可以使在式(4)中形成的紫色氧化钨WO2.72晶核长大成针状紫色氧化钨WO2.72晶体。

通过控制安装在出气口外部的抽气风机的抽风量来控制炉管内气体排出速度,从而保障炉管内正压力为0mbar-5mbar。在WO2(OH)2气体分压和温度适合的情况下,这种紫色氧化钨WO2.72针状晶体的直径小于100nm,属于纳米材料。

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