소개글
"Hydrogen insertion into WO"에 대한 내용입니다.
목차
1. 실험개요
1.1. 실험명 및 실험기간
1.2. 실험목적
2. WO3의 구조와 특성
2.1. WO3의 결정구조
2.2. WO3의 전자구조와 광학특성
3. Hydrogen 삽입에 따른 HxWO3의 물성 변화
3.1. Hydrogen 삽입 메커니즘
3.2. 색상 변화
3.3. 전기전도도 변화
4. 실험방법
4.1. 시약 및 기구
4.2. 실험절차
4.3. 측정방법
5. 실험결과 및 해석
5.1. Hydrogen 삽입에 따른 WO3의 색변화 관찰
5.2. Hydrogen 삽입 HxWO3의 전기전도도 측정 및 분석
6. 결론
7. 참고 문헌
본문내용
1. 실험개요
1.1. 실험명 및 실험기간
실험명은 "Hydrogen insertion into WO₃"이며, 실험기간은 2021년 00월 00일이다.
1.2. 실험목적
양성자를 삼산화텅스텐 고체에 환원적으로 삽입하고 색상과 전도도에 미치는 영향을 관찰하는 것이 이번 실험의 목적이다.""
2. WO3의 구조와 특성
2.1. WO3의 결정구조
WO3의 결정구조는 WO3의 팔면체로 이루어져 있으며, 각 모퉁이들이 서로 맞닿아 만들어지는 구조이다. 이를 코너- 및 엣지- 쉐어링이라 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), 입방정WO3이 있다. WO6팔면체가 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 산화물인WO3는 격자가 어느 정도의 산소 결합이 있더라도 견딜 수 있는 구조를 지니고 있으며, 적은 양의 산소 부족은 전자 밴드 구조에 영향을 미치지만 많은 양의 산소 부족은 전도도를 증가시키게 된다. 또한 WO3 구조 중 중앙의 빈 공간에 한 원자가 삽입되면 그 구조를 tunsgten bronze라고 부르며 bronze와 유사한 성질인 광택과 색을 가진다.
2.2. WO3의 전자구조와 광학특성
WO3의 전자구조와 광학특성은 다음과 같다.
WO3는 전이금속 산화물로, 결정구조에서 중심에 위치한 W6+ 이온이 정팔면체 구조의 O2- 이온들에 의해 둘러싸인 형태를 가진다. 이 때 W6+의 전자 배치는 [Xe] 4f14 5d0으로, 채워지지 않은 3개의 d 오비탈(dxy, dyz, dxz)이 존재한다.
이 3개의 d 오비탈은 O2- 이온들과의 상호작용으로 인해 에너지 준위가 갈라져 2개의 eg 오비탈과 3개의 t2g 오비탈로 분리된다. 여기서 eg 오비탈은 상대적으로 더 높은 에너지 준위를 가지며, t2g 오비탈에는 6개의 전자가 채워진 상태이다.
이와 같은 전자 구조적 특성으로 인해 WO3는 약 3.2-3.5 eV의 비교적 큰 밴드갭 에너지를 가지게 된다. 이 때문에 WO3는 자외선 영역의 짧은 파장 빛을 흡수하고 가시광선 영역의 빛을 투과하는 특성을 나타내, 무색 투명한 외관을 보인다.
하지만 WO3에 수소(H)가 삽입되어 HxWO3가 형성되면 전자 구조가 변화한다. 수소가 삽입되면서 W6+가 W5+로 환원되어 t2g 오비탈에 전자가 추가로 채워지게 된다. 이에 따라 밴드갭 에너지가 감소하여 가시광선 영역의 특정 파장대의 빛을 흡수하게 되므로, HxWO3는 푸른색을 ...
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/ miessler torr/ 자유아카데미 / 2005/ p121~183
무기화학/ 도명기 / 사이텍미디어/ 2000년 / p192~201
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[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
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