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리포트 / 자연과학

무기화학실험 실험 5 Hydrogen Insertion into WO3 결과

"무기화학실험 실험 5 Hydrogen Insertion into WO3 결과"에 대한 내용입니다.
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최초등록일 2023.06.16 최종저작일 2022.09
무기화학 무기화학실험 화학과
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무기화학실험 실험 5 Hydrogen Insertion into WO3 결과
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    목차

    1. 실험결과
    2. 고찰
    3. homework
    4. 참고문헌

    본문내용

    Part Ⅰ에서는 HxWO3를 합성하였다. yellow-green 색의 고체 상태를 가지는 WO3 0.5 g과 3 M HCl 50 ml를 삼각플라스크에 넣어준다. 이후 1 g의 Zn 조각을 넣어 수소 기체를 발생시킨다. 반응식    →  에 의해 수소 기체가 생성되는 것을 확인할 수 있다. 이때 WO3와 H2를 바로 반응시키지 않고, Zn을 넣어줌으로써 반응 내에서 수소 기체를 발생시킨 후 바로 반응에 참여하도록 만드는 in-situ를 통해 intercalation의 반응성을 높이기 위해서이다. 이러한 과정에서 생성된 수소 기체는 WO3와 반응하여 HxWO3를 생성한다.   → 반응식을 통해서 확인할 수 있다. 수소 기체를 WO3 내부에 intercalation 시키기 위해서 약 1시간 정도 충분한 반응 시간을 맞춰주었다. 합성된 HxWO3는 blue의 색을 띠는 것을 확인할 수 있다. H가 intercalation 되면서 기존의 conduction band(전도띠)와 valence band(원자가띠)의 사이에 H의 valence band가 새롭게 생기게 되는데, 이는 conduction band와 valence band 사이의 에너지 간격을 의미하는 band gap을 감소시킨다.

    참고자료

    · 무기화학, Gary L. Miessler, 자유 아카데미, 2020, p. 575~576

  • AI와 토픽 톺아보기

    • 1. HxWO3의 합성
      HxWO3는 텅스텐 산화물의 일종으로, 수소 삽입 및 탈리 과정을 통해 전기화학적 특성이 변화하는 재료입니다. 이 물질은 전기변색 디스플레이, 스마트 윈도우, 에너지 저장 장치 등 다양한 응용 분야에서 주목받고 있습니다. HxWO3의 합성 방법은 주로 전기화학적 방법, 열처리 방법, 화학 증착 방법 등이 사용되며, 각 방법에 따라 물질의 구조와 특성이 달라집니다. 합성 과정에서 수소 함량, 결정 구조, 표면 형태 등을 정밀하게 제어할 수 있다면 HxWO3의 성능을 최적화할 수 있을 것으로 기대됩니다.
    • 2. Intercalation에 의한 전도도 변화
      HxWO3에서 수소 삽입(intercalation)은 전자 구조와 결정 구조의 변화를 유발하여 전기적 특성을 크게 변화시킵니다. 수소가 삽입되면 W 원자의 산화수가 감소하여 전자 전도성이 향상되고, 결정 구조의 팽창으로 인해 이온 전도성도 증가합니다. 이러한 전도도 변화는 전기변색 디스플레이, 이온 배터리, 초콘덴서 등 다양한 응용 분야에서 활용될 수 있습니다. 향후 연구에서는 수소 삽입/탈리 과정을 보다 정밀하게 제어하여 전도도 변화의 폭을 극대화하고, 이를 통해 HxWO3의 성능을 획기적으로 향상시킬 수 있을 것으로 기대됩니다.
    • 3. 공기 중 산소 노출에 의한 HxWO3의 재산화
      HxWO3는 공기 중 산소에 노출되면 재산화 반응이 일어나 수소가 탈리되고 원래의 WO3 구조로 복원됩니다. 이 과정에서 전기화학적 특성이 다시 변화하게 됩니다. 이러한 가역적인 산화-환원 반응은 전기변색 디스플레이, 스마트 윈도우 등의 핵심 메커니즘으로 작용합니다. 향후 연구에서는 공기 중 산소 노출에 의한 재산화 거동을 보다 정밀하게 이해하고 제어할 필요가 있습니다. 특히 재산화 속도와 완전성을 조절하여 HxWO3의 전기변색 특성을 최적화할 수 있을 것으로 기대됩니다.

  • 자료후기

      Ai 리뷰
      실험 과정과 결과를 잘 정리하였으며, 이론적 배경을 바탕으로 현상을 잘 설명하고 있습니다.

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