WO3内部氢吸附模拟计算及氢还原技术研究

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采用氧化钨氢还原法制备的超细钨粉中容易出现夹粗和夹细现象,不能有效的控制钨粉的形貌和粒度,目前对于氧化钨氢还原过程的动力学研究比较匮乏,且难以用实验室的手段对与氢还原过程的动力学机理进行有效的研究,基于此,本文基于密度泛函理论,对氢气在WO3(001)表面的WO终止表面内部的吸附行为进行第一性原理计算,使用CASTEP模块进行结构优化和能量计算,探究氢气在WO3内部吸附后对WO3的结构产生的影响和引起的能量变化。同时进行黄钨氢还原实验,对产物进行XRD分析和FE-SEM检测,探究氢分压和还原温度对黄钨氢还原过程中颗粒微观形貌的影响,得到如下结论:(1)WO3(001)表面的WO终止表面上的W5c不能吸附氢原子,但可以在W4c上吸附氢原子,氢气可以在WO3(001)表面的WO终止的氧原子上可以进行吸附,在原始模型中分别构建出H2·O2c和H·O1c,在优化结构中,H2·O2c可能发生变化,而H·O2c不会发生变化,且H·O2c要更稳定。当异位吸附有一个吸附点选择在钨原子上时,构建出H·Wxc(X=5、6),在优化结构中H·Wxc会失去氢原子,最后变成H·O2c和Wxc。(2)氢气在WO3的WO终止表面内部同位吸附的吸附能为18.116 Kcal/mol,在WO3的WO终止表面内部异位吸附的吸附能为14.116 Kcal/mol,同位吸附能要比异位吸附能高,氢气在WO3的WO终止表面内部吸附能为14.116 Kcal/mol。氢气在WO3的WO终止表面上的吸附能为15.093 Kcal/mol,氢气吸附在WO3的WO终止表面上的吸附能比在其内部的吸附能要高。(3)氢分压、还原时间和还原温度会影响钨粉形貌,提高还原温度和延长还原时间可以减少钨粉中出现夹细现象,极低的氢分压和高氢分压都有利于制备细而均匀的钨粉。在黄钨氢还原过程中会出现褐钨相,在750℃时,还原过程中会出现紫钨相,此时产物中也会出现棒状钨粉。黄钨可作为制备均匀的超细钨粉的原料,当还原温度为700℃,氢气流量为100 m L/min,钨粉的微观形貌基本继承于黄钨的微观形貌。
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