소개글
"Hydrogen Insertion into WO3"에 대한 내용입니다.
목차
1. 삼산화텅스텐(Tungsten Trioxide, WO3)
1.1. WO3 결정 구조
1.2. WO3의 전자 구조
1.3. WO3의 전기변색 특성
2. 수소 주입에 의한 WO3의 변화
2.1. 수소 주입 원리
2.2. HxWO3 형성
2.3. HxWO3의 색 변화
2.4. HxWO3의 전기전도도 변화
3. 실험 방법
3.1. HxWO3 합성
3.2. 전도도 측정
3.3. 재산화 과정
4. 실험 결과 및 해석
4.1. HxWO3 합성 결과
4.2. 전도도 변화 측정 결과
4.3. 재산화 과정 관찰
5. 참고 문헌
본문내용
1. 삼산화텅스텐(Tungsten Trioxide, WO3)
1.1. WO3 결정 구조
WO3 결정 구조는 WO3의 팔면체 구조로 이루어져 있다. 각각의 모퉁이들이 서로 맞닿아 만들어지는 구조를 가진다. 이러한 구조를 코너- 및 엣지-쉐어링이라고 한다. 코너-쉐어링을 통해 만들어지는 상들은 단사정 Ⅱ(ε-WO3), 삼사정(δ-WO3), 단사정(γ-WO3), 사방정(β-WO3), 정방정(α-WO3), 육방정(h-WO3), 입방정(WO3)이 있다. WO6 팔면체가 3개 혹은 6개 모여서 각각 상사정 공극 혹은 육방정 윈도우를 만들고, c-축 방향으로 이들 팔면체 층이 축방향의 산소들을 공유하며 사각형 윈도우를 형성한다. 하지만 육방정 구조는 준안정상이고 400도 이상의 온도에서 열처리되면 단사정 구조로 바뀐다. 전이금속 산화물인 WO3는 격자가 어느 정도의 산소 결합이 있더라도 견딜 수 있는 구조를 지니고 있다. 적은 양의 산소 부족은 전자 밴드 구조에 영향을 미치지만 많은 양의 산소 부족은 전도도를 증가시키게 된다.
1.2. WO3의 전자 구조
WO3의 전자 구조는 다음과 같다.""
WO3는 W6+에 3개의 O2-가 전자 6개를 제공하여 d 오비탈에 전자가 차는 구조를 가지고 있다. 이때 d 오비탈은 산소로부터 전자를 받아 2개의 eg와 3개의 t2g로 갈라진다. 이들 에너지 준위는 eg가 t2g보다 더 높다. 6개의 전자는 t2g 오비탈에 배치된다.
이때의 d 오비탈 갈라짐 에너지는 약 2.8eV에 해당하며, 이는 약 435nm 근처의 가시광선 영역의 빛을 흡수하게 된다. 이에 따라 WO3는 노란색~연두색을 띠게 된다.""
1.3. WO3의 전기변색 특성
WO3는 가장 잘 알려지고 가장 많은 연구가 이루어진 전기변색 물질이다. 무색의 WO3 박막은 전기화학 전지에서 환원되어 짙은 푸른색의 tungsten bronze를 생성한다. WO3의 띠 간격(band gap)은 약 3.5eV인데, 텅스텐 브론즈의 띠 간격은 이보다 훨씬 작은 1.4eV로 가시광선 영역에서 빛을 흡수하여 푸른색을 띤다.
전이 금속 산화물은 색 대비나 산화-환원 안전성 등 전기변색 성질은 우수하나, 진공 증착, 화학 증착 등을 이용하는 박막 제조와 가공성이 적어 대면적의 소자를 만드는 데 어려움이 있다.
WO3의 전기변색 메커니즘에 대한 대표적인 모델로는 원자가간 전하 이동(IVCT) 모델, 폴라론 흡수 모델, 산소결함 모델 등이 있다. IVCT 모델은 W^5+를 만들기 위해 W^6+ 이온들 주변에 주입된 전자들이 국부적으로 존재한다고 가정하고, 변색은 전자가 W^5+에서 W^6+ 자리로 이동할 때 발생한다고 한다. 폴라론 흡수 모델은 전자가 고체 내에서 고체의 변형을 수반하며 운동하는 상태인 폴라론 생성 때문이라고 제안되었다. 산소결함 모델은 이온성 고체의 Farbe 센터 또는 컬러 센터 형성과 유사한 산소결함에 붙잡힌 전자를 고려한다.
이처럼 WO3는 다양한 메커니즘을 통해 전기변색 특성을 가지며, 이러한 특성은 smart window, display, sensor 등 다양한 응용분야에 활용되고 있다.
2. 수소 주입에 의한 WO3의 변화
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참고 자료
무기화학 실험서 - Hydrogen insertion into WO₃
Whittingham, S. M. In Teaching General Chemistry: A Materials Science Companion; Ellis, Ed.; American Chemical Society; 1993; Experiment 8, ìHydrogen Insertion into WO₃.
Galasso, F. S. Structure, Properties and Preparation of Perovskite-Type Compounds , Pergamon Press: Hungary, 1969; p.7.
무기화학/ 도명기 / 사이텍미디어/ 2000년 / p192~201
무기화학/ miessler torr/ 자유아카데미 / 2005/ p121~183
[출처] Band Theory = Eigen function, Hydrogen atoms, Conduction / Valence band, band gap, Fermi level,DOS|작성자 KAY
홍종인 | 중앙대학교 화학과, hongj@cau.ac.kr 전기변색 텅스텐 산화물
ko.wikipedia.org/wiki/각종시약들
무기화학 제 5판. Gary L. Miessler · Paul J. Fisher · Donald A. Tarr. 자유아카데미
stachemi.tistory.com/72
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