Оксиды лития: Оксид лития: способы получения и хим. свойства

Содержание

Оксид лития: способы получения и хим. свойства

 

Оксид лития — это белое, гигроскопичное, тугоплавкое вещество, при нагревании не разлагается.

Относительная молекулярная масса = 29,88; относительная плотность для тв. и ж. состояния = 2, 013; tпл = 1453º C; tкип ≈ 2600º C.

 

 

1. Оксид лития можно получить путем взаимодействия лития и кислорода:

4Li + O2 = 2Li2O

 

2. Оксид лития получается при разложении гидроксида лития:

2LiOН → Li2O  +  Н2O

 

3. Путем термического разложения карбоната лития с образованием оксида лития и оксида углерода:

Li2CO3 = Li2O + CO2

 

4. При термическом разложении нитрата лития образуется оксид лития, оксид азота и кислород:

4LiNO3 = 2Li2

O + 4NO2 + O2

 

 

1. Литий вытесняется из оксида в результате взаимодействия с другими металлами:

1.1. Оксид лития взаимодействует с металлами  и некоторыми неметаллами с образованием лития и оксида металла:

Li2O + Si = 4Li + SiO2 
Li2O + Mg = 2Li + MgO 
3Li2O + 2Al = 6Li + Al2O3

 

2. Оксид лития взаимодействует со сложными веществами:

2.1. Оксид лития реагирует с водой. Образуется гидроксид лития:

Li2O + H2O = 2LiOH

 

2.2. Оксид лития взаимодействует с кислотами. При этом образуются соль и вода.

Например, оксид лития с соляной кислотой образует хлорид лития и воду:

Li2O + 2HCl = 2LiCl + H

2O.
Li2O + H2S = Li2S + H2O

 

2.3. При взаимодействии лития с оксидами образуются соли:

Li2O + CO2 = Li2CO3
Li2O + SiO2 = Li2SiO3 

 

Оксид лития - это... Что такое Оксид лития?

Окси́д ли́тия (окись лития) — бинарное неорганическое вещество, имеющее химическую формулу Li2O. Относится к классу основных оксидов.

Описание

Оксид лития при стандартных условиях представляет собой бесцветные гигроскопичные кристаллы с кубической решёткой. Пространственная группа F m3m, a = 0,4628 нм, Z = 4.

При температуре выше 1000 °C возгоняется, в присутствии паров воды возгонка ускоряется. В газообразном состоянии при температуре выше 1500 °C оксид лития частично диссоциирует на Li и O2. Диамагнитен. С водородом, кислородом, углеродом и монооксидом углерода не взаимодействует даже при нагревании. При высоких температурах реагирует с большинством металлов, за исключением золота, платины и никеля. При действии магния, алюминия или марганца при температуре выше 1000 °C оксид лития восстанавливается до металлического лития. С оксидами ряда металлов дает оксометаллаты, двойные и тройные оксиды. Оксид лития —

единственный среди оксидов щелочных металлов, образующийся в качестве основного продукта при нагревании металла выше 200 °C на воздухе (присутствуют только следы пероксида лития).[2]

Получение

Химические свойства

  • Взаимодействует с водой, образуя щёлочь:
  • литий из окисла вытесняется некоторыми металлами и неметаллами:
  • с кислотообразующими оксидами образует соли:

Применение

Оксид лития применяют в качестве добавки к смесям реагентов при твердофазном синтезе двойных и тройных оксидов для понижения температуры процесса; как компонент в производстве специальных стёкол (в частности, с небольшим температурным коэффициентом линейного расширения и рентгенопрозрачных), глазурей и эмалей, повышающий их химическую и термическую стойкость, прочность и снижающий вязкость расплавов. Также используется в термобарьерных покрытиях вместе с иттрием и цирконием как показатель уменьшения покрытия.

См. также

Примечания

Оксид лития

Оксид лития

Систематическое
наименование
Оксид лития
Традиционные названияОкись лития
Хим. формулаLi2O
Рац. формулаLi2O
Состояниетвёрдое
Молярная масса29,8774 г/моль
Плотность2,013 г/см³
Температура
 • плавления1570 [1]
 • кипения2600 [1] °C
Растворимость
 • в воде6,67 (0 °C)
Рег. номер CAS12057-24-8
PubChem166630
Рег. номер EINECS235-019-5
SMILES
InChI

 

1S/2Li.O/q2*+1;-2

FUJCRWPEOMXPAD-UHFFFAOYSA-N

RTECSOJ6360000
ChemSpider145811
Приведены данные для стандартных условий (25 °C, 100 кПа), если не указано иное.

Оксид лития (окись лития) — бинарное неорганическое вещество, имеющее химическую формулу Li2O. Относится к классу основных оксидов.


Описание

Оксид лития при стандартных условиях представляет собой бесцветные гигроскопичные кристаллы с кубической решёткой. Пространственная группа F m3m, a = 0,4628 нм, Z = 4.

При температуре выше 1000 °C возгоняется, в присутствии паров воды возгонка ускоряется. В газообразном состоянии при температуре выше 1500 °C оксид лития частично диссоциирует на Li и O2. Диамагнитен. С водородом, кислородом, углеродом и монооксидом углерода не взаимодействует даже при нагревании. При высоких температурах реагирует с большинством металлов, за исключением золота, платины и никеля. При действии магния, алюминия или марганца при температуре выше 1000 °C оксид лития восстанавливается до металлического лития. С оксидами ряда металлов дает оксометаллаты, двойные и тройные оксиды. Оксид лития —

единственный среди оксидов щелочных металлов, образующийся в качестве основного продукта при нагревании металла выше 200 °C на воздухе (присутствуют только следы пероксида лития).[2]

Получение

  • Взаимодействие металлического лития с кислородом:
 4 Li +   O2 ⟶ 2 Li2O
  • Разложение пероксида лития при температуре 195 °C:
 2 Li2O2195∘C   2 Li2O + O2

Химические свойства

  • Взаимодействует с водой, образуя щёлочь:
   Li2O + H2O →  2 LiOH
   Li2O + 2 HCl →  2 LiCl + H2O
  • литий из оксида вытесняется некоторыми металлами и неметаллами:
   Li2O + Mg →800∘C  2 Li + MgO
 2 Li
2
O + Si →1000∘C   4 Li + SiO2
  • с кислотообразующими оксидами образует соли:
 Li2O + CO2500∘C   Li2CO3

Применение

Оксид лития применяют в качестве добавки к смесям реагентов при твердофазном синтезе двойных и тройных оксидов для понижения температуры процесса; как компонент в производстве специальных стёкол (в частности, с небольшим температурным коэффициентом линейного расширения и прозрачных для рентгеновских лучей), глазурей и эмалей, повышающий их химическую и термическую стойкость, прочность и снижающий вязкость расплавов. Также используется в термобарьерных покрытиях вместе с оксидами иттрия и циркония для повышения стойкости.

См. также

  • Литий
  • Пероксид лития

Оксид лития, характеристика, свойства и получение, химические реакции

Оксид лития, характеристика, свойства и получение, химические реакции.

 

 

Оксид лития – неорганическое вещество, имеет химическую формулу Li2O.

 

Краткая характеристика оксида лития

Физические свойства оксида лития

Получение оксида лития

Химические свойства оксида лития

Химические реакции оксида лития

Применение и использование оксида лития

 

Краткая характеристика оксида лития:

Оксид лития – неорганическое вещество, без цвета.

Так как валентность лития равна одному, то оксид лития содержит один атом кислорода и два атома лития.

Химическая формула оксида лития Li2O.

В воде не растворяется, а вступает в реакцию с ней.

Обладает гигроскопичностью.

Оксид лития – единственный среди оксидов щелочных металлов, образующийся в качестве основного продукта при нагревании металла выше 200 °C на воздухе (присутствуют только следы пероксида лития).

 

Физические свойства оксида лития:

Наименование параметра:Значение:
Химическая формулаLi2O
Синонимы и названия иностранном языкеlithium oxide (англ.)
Тип веществанеорганическое
Внешний вид
бесцветные кубические кристаллы
Цветбесцветный
Вкус—*
Запах
Агрегатное состояние (при 20 °C и атмосферном давлении 1 атм.)твердое вещество
Плотность (состояние вещества – твердое вещество, при 20 °C), кг/м32013
Плотность (состояние вещества – твердое вещество, при 20 °C), г/см32,013
Температура кипения, °C2600
Температура плавления, °C1570
Гигроскопичностьгигроскопичен
Молярная масса, г/моль29,8774

* Примечание:

— нет данных.

 

Получение оксида лития:

Оксид лития получается в результате следующих химических реакций:

  1. 1. путем разложения пероксида лития:

2Li2О → 2Li2О + О2 (t = 195 oC).

  1. 2.путем взаимодействия лития с кислородом:

4Li + О2 → 2Li2

О.

 

Химические свойства оксида лития. Химические реакции оксида лития:

Химические свойства оксида лития аналогичны свойствам оксидов других щелочных металлов. Поэтому для него характерны следующие химические реакции:

1. реакция оксида лития с магнием:

Li2O + Mg  → 2Li + MgO (t > 800 oC).

В результате реакции образуется оксид магния и литий.

2. реакция оксида лития с магнием и водородом:

Li2O + Mg + H2  → 2LiH + MgO (t = 450-500 oC).

В результате реакции образуется оксид магния и гидрид лития.

3. реакция оксида лития с алюминием:

3Li2O + 2Al → 6Li + Al2O3 (t > 1000 oC).

В результате реакции образуется оксид алюминия и литий.

4. реакция оксида лития с алюминием и водородом:

3Li2O + 2Al + 3H2 → 6LiH + Al2O3 (t = 600-700 oC).

В результате реакции образуется оксид алюминия и гидрида лития.

5. реакция оксида лития с кремнием:

2Li2O + Si → 4Li + SiO2 (t = 1000 oC).

В результате реакции образуется оксид кремния и литий.

6. реакция оксида лития с водой:

Li2О + Н2О → 2LiОН.

Оксид лития медленно реагирует с водой, образуя гидроксид лития.

7. реакция оксида лития с оксидом углерода (углекислым газом):

Li2О + СО2 → Li2СО3.

Оксид лития на воздухе реагирует с углекислым газом (являющийся кислотным оксидом), образуя соль – карбонат лития.

8. реакция оксида лития с оксидом кремния:

Li2О + SiО2 → Li2SiО3 (t = 1200-1300 oC).

Оксид кремния также является кислотным оксидом. В результате реакции образуется соль – метасиликат лития.

9. реакция оксида лития с оксидом серы: 

Li2О + SО2 → Li23. 

Оксид серы также является кислотным оксидом. В результате реакции образуется соль –  сульфит лития.

10. реакция оксида лития с оксидом азота (IV) и оксидом азота (II):

Li2O + NO2 + NO → 2LiNO2 (t = 300 oC).

В результате реакции образуются соль – нитрит лития.

11. реакция оксида лития с оксидом ванадия: 

V2O3 + Li2O → 2LiVO2 (t = 1200 oC).

В результате реакции образуется диоксованадат лития.

12. реакция оксида лития с оксидом теллура: 

TeO2 + Li2O → Li2TeO3 (to).

В результате реакции образуется теллурит лития.

13. реакция оксида лития с оксидом марганца: 

Mn2O3 + Li2O → 2LiMnO2 (t = 800-900 oC).

В результате реакции образуется оксид марганца-лития.

14. реакция оксида лития с йодоводородом:

Li2O + 2HI → 2LiI + H2O.

В результате химической реакции получается соль – йодид лития и вода.

15. реакция оксида лития с сероводородом:

Li2O + H2S → Li2S + H2O (t = 900-1000 oC).

В результате химической реакции получается соль – сульфид лития и вода.

16. реакция оксида лития с плавиковой кислотой:

Li2O + 2HF → 2LiF + H2O.

В результате химической реакции получается соль – фторид лития и вода.

17. реакция оксида лития с азотной кислотой:

Li2O + 2HNO3 → 2LiNO3 + H2O.

В результате химической реакции получается соль – нитрат лития и вода.

Аналогично проходят реакции оксида лития и с другими кислотами.  

18. реакция оксида лития с бромистым водородом (бромоводородом):

Li2O + 2HBr → 2LiBr + H2O.

В результате химической реакции получается соль – бромид лития и вода.

 

Применение и использование оксида лития:

Оксид лития используется как компонент в производстве стекол, а также в химической промышленности.

 

Примечание: © Фото //www.pexels.com, //pixabay.com

 

карта сайта

оксид лития реагирует кислота 1 2 3 4 5 вода
уравнение реакций соединения масса взаимодействие оксида лития
реакции с оксидом лития

 

Коэффициент востребованности 3 539

Нобелевскую премию по химии присудили за развитие литий-ионных батарей

Нобелевская премия по химии за 2019 г. присуждена американцам Джону Б. Гуденафу, М. Стэнли Уиттингэму и японцу Акире Йошино, их исследования посвящены разработке и усовершенствованию литий-ионных батарей. Трансляция объявления лауреатов велась на сайте Нобелевского комитета.

Нобелевский комитет отметил, что литий-ионные аккумуляторы используются во всех устройствах от смартфонов и ноутбуков до электромобилей. Кроме этого, эти батареи способны накапливать энергию от солнца и ветра, что позволяет обойтись без ископаемого топлива.

Разработка литий-ионной батареи началась во время нефтяного кризиса 1970-х гг. Уиттингэм начал разрабатывать методы, которые позволили бы получать энергию, не используя ископаемое топливо. Исследуя сверхпроводники, он обнаружил чрезвычайно энергоемкий материал – дисульфид титана, который использовал для создания катода батареи. Анод батареи ученый изготовил из металлического лития, способного высвобождать электроны. Однако из-за высокой реактивности металлического лития батарея оказалась слишком взрывоопасной.

Позже Гуденаф усовершенствовал катод, заменив дисульфид титана оксидом кобальта. Такая батарея могла создавать напряжение до четырех вольт. Наконец, Йошино создал первый жизнеспособный литий-ионный аккумулятор, сделав анод из полиацетилена, а катод – из оксида лития-кобальта. В результате получился легкая, износостойкая батарея, которую можно заряжать сотни раз, прежде чем ее характеристики ухудшатся.

Нобелевская неделя началась 7 октября с оглашения имен лауреатов в области физиологии и медицины. Премию присудили за исследование способности клеток адаптироваться к дефициту кислорода. 8 октября Нобелевский комитет объявил лауреатов премии по физике – за работы в области астрономии и астрофизики. 10 октября назовут лауреата премии по литературе. 11 октября – лауреата премии мира. Обладатель премии по экономике памяти Альфреда Нобеля, учрежденной Государственным банком Швеции в 1968 г., станет известен 14 октября. Официальная церемония вручения премии пройдет в день смерти Альфреда Нобеля 10 декабря в Стокгольме.

Оксиды

       Формула

                                            Материал

         Материал, на англ.

        Чистота, %

         Al2O3

                                      Оксид Алюминия

            Aluminum Oxide

     99,0-99,9999

         Sb2O3

                                   Оксид Сурьмы (Триоксид)

             Antimony Oxide

        99,3-99,9

          ATO

                       Оксид Олова Легированный Сурьмой

           Antimony Tin Oxide

          99,95

        BaTiO3

                                         Титанат Бария

              Barium Titanate

       99,6-99,99

         Bi2O3

                                         Оксид Висмута

              Bismuth Oxide

        99,5-99,9

          CeO2

                                          Оксид Церия

              Cerium Oxide

        99,0-99,9

           CuO

                                           Оксид Меди

              Copper Oxide

            99,9

         Cr2O3

                                          Оксид Хрома

             Chromium Oxide

            99,9

         Dy2O3

                                       Оксид Диспрозия

            Dysprosium Oxide

         99,0-99,9

         Er2O3

                                           Оксид Эрбия

                Erbium Oxide

         99,0-99,9

         Eu2O3

                                         Оксид Европия

                 Europium Oxide

         99,0-99,9

         Gd2O3

                                        Оксид Гадолиния

                 Gadolinium Oxide

         99,0-99,9

         Ga2O3

                                          Оксид Галлия

                Gallium Oxide

       99,99-99,999

          GeO2

                                         Оксид Германия 

          Germanium Oxide

       99,99-99,999

          HfO2

                                          Оксид Гафния

             Hafnium Oxide

             99,99

         Ho2O3

                                         Оксид Гольмия

            Holmium Oxide

          99,0-99,9

          In2O3

                                           Оксид Индия

             Indium Oxide

        99,0-99,999

           ITO

                                    Оксид Индия-Олова

          Indium Tin Oxide

              99,99

         Fe2O3

                                         Оксид Железа

              Iron Oxide

               99,9

         Fe3O4

                                         Оксид Железа

              Iron Oxide

               99,9

         La2O3

                                         Оксид Лантана

          Lanthanum Oxide

           99,0-99,9

         LaAlO3

                                      Алюминат Лантана

    Lanthanum Aluminate

               99,9

         PbTiO3

                                        Титанат Свинца

            Lead Titanate

               99,9

         PbZrO3

                                      Цирконат Свинца

           Lead Zirconate

              99,99

         LiNbO3

                                         Ниобат Лития

          Lithium Niobate

              99,99

            LiO

                                          Оксид Лития

           Lithium Oxide

               99,9

         LiTaO3

                                        Танталат Лития

        Lithium Tantalate

              99,99

    Lu3Fe5O12

                                Оксид Железа-Лютеция

      Lutetium Iron Oxide

               99,9

        Lu2O3

                                        Оксид Лютеция

          Lutetium Oxide

            99,0-99,9

          MgO

                                         Оксид Магния

        Magnesium Oxide

           99,5-99,99

          MnO

                                       Оксид Марганца

        Manganese Oxide

               99,9

       MgTiO3

                                        Титанат Магния

      Magnesium Titanate

               99,9

         MoO3

                                      Оксид Молибдена

       Molybdenum Oxide

           99,8-99,9

        Nd2O3

                                         Оксид Неодима

       Neodymium Oxide

           99,0-99,9

        Nb2O5

                                   Оксид Ниобия (Пентоксид)

       Niobium Pentoxide

          99,9-99,99

        Pr6O11

                                     Оксид Празеодима

    Praseodymium Oxide

           99,0-99,9

       PrTiO22

                                    Титанат Празеодима

  Praseodymium Titanate

               99,9

        Pr2O3

                                      Оксид Празеодима

     Praseodymium Oxide

           99,0-99,9

        Sm2O3

                                        Оксид Самария

        Samarium Oxide

           99,0-99,9

         Sc2O3

                                        Оксид Скандия

          Scandium Oxide

         99,0-99,999

          SiO2

                                   Оксид Кремния (Диоксид)

           Silicon Dioxide

              99,99

           SiO

                                 Оксид Кремния (Монооксид)

          Silicon Monoxide

          99,9-99,99

         SrTiO3

                                     Титанат Стронция

        Strontium Titanate

               99,9

         SrZrO3

                                    Цирконат Стронция

       Strontium Zirconate

               99,9

         Ta2O5

                               Оксид Тантала (Пентоксид)

       Tantalum Pentoxide

         99,95-99,99

         Tb4O7

                                        Оксид Тербия

           Terbium Oxide

         99,5-99,999

          TeO2

                                       Оксид Теллура

          Tellurium Oxide

        99,99-99,999

        Tm2O3

                                         Оксид Тулия

           Thulium Oxide

         99,5-99,999

          TiO2

                                Оксид Титана (Диоксид)

         Titanium Dioxide

               99,9

          TiO

                             Оксид Титана (Монооксид)

        Titanium Monoxide

               99,9

        Ti3O5

                             Оксид Титана (Пентоксид)

        Titanium Pentoxide

          99,95-99,99

        Ti2O3

                              Оксид Титана (Триоксид)

         Titanium Trioxide

              99,95

        SnO2

                                Оксид Олова (Диоксид)

              Tin Dioxide

         99,9-99,9999

         SnO

                             Оксид Олова (Монооксид)

             Tin Monoxide

         99,9-99,9999

         WO3

                                    Оксид Вольфрама

           Tungsten oxide

               99,9

        V2O5

                          Оксид Ванадия (Пентоксид)

       Vanadium Pentoxide

               99,9

    Y3Al5O12

                         Иттрий-Алюминиевый Гранат

 Yttrium Aluminum Oxide (YAG)

              99,99

      Yb2O3

                                      Оксид Иттербия

         Ytterbium Oxide

          99,0-99,99

       Y2O3

                                        Оксид Иттрия

           Yttrium Oxide

         99,5-99,999

        ZnO

                                        Оксид Цинка

             Zinc Oxide

               99,9

      ZnO:Al

               Оксид Цинка Легированный Алюминием

     Zinc Aluminum Oxide

               99,9

         ZrO2

                                     Оксид Циркония

          Zirconium Oxide

          99,9-99,99

          Zr

  Оксид Циркония (Диоксид)Стабилизированный  Иттрием

          Zirconia (Y-Stab)

          99,9-99,99

интервью с доктором Акирой Ёсино, лауреатом Нобелевской премии 2019 г.

Сентябрь 2020 г.

Томоки Саваи, Бюро ВОИС в Японии

В 2019 г. Нобелевская премия по химии была присуждена д-ру Акире Ёсино, д-ру Стэнли Уиттинхэму и д-ру Джону Гуденафу за основополагающую работу по созданию литий-ионных аккумуляторов, этих миниатюрных энергетических систем, от которых зависит энергообеспечение наших мобильных устройств. Благодаря изобретению легких модулей питания начался взрывной рост в области мобильной электроники. Кроме того, сегодня они приносят и экологическую выгоду, позволяя разрабатывать электромобили с большим запасом хода и способы эффективного хранения энергии из возобновляемых источников.

Д-р Ёсино изобрел и запатентовал первый в мире литий-ионный аккумулятор, после чего вся его деятельность была связана с совершенствованием этой технологии. За время своей работы он получил более 60 патентов, связанных с литий-ионными аккумуляторами. В этом интервью он рассказывает о трудностях, которые ему пришлось преодолеть в процессе их разработки, и о роли стратегического использования патентных прав в формировании процветающего глобального рынка для этой технологии.

Как вы начали заниматься химией?

Я всегда интересовался природой. Однажды, еще в начальной школе, один из учителей посоветовал мне прочитать книгу Майкла Фарадея «История свечи». В результате у меня родилось множество вопросов, хотя до этого я не интересовался химией. Так все и началось. Затем я изучал квантовую органическую химию в Киотском университете.

Как вы начали разработку литий-ионного аккумулятора?

В начале 1970-х годов я присоединился к Группе поисковых исследований в Корпорации Asahi Kasei. Эта группа занималась изучением новых материалов общего назначения. Те проекты, в которых я работал изначально, не дали результатов, поэтому я начал искать новый объект приложения усилий. В то время наблюдался большой интерес к полиацетилену, удивительному электропроводящему полимеру, свойства которого были предсказаны д-ром Кэнъити Фукуи, первым лауреатом Нобелевской премии по химии из Японии. Открыт этот материал был д-ром Хидэки Сиракава, лауреатом Нобелевской премии по химии 2000 г.

Сначала я изучал виды применения полиацетилена. Однако на тот момент в японской электронике назрела потребность в новом легком и компактном аккумуляторе для обеспечения энергией разрабатываемых мобильных устройств. В этой области работали многие исследователи, но существовавшие анодные материалы были нестабильны и, возможно, небезопасны, т. е. требовался новый анодный материал. Я предположил, что в этом качестве можно использовать исследуемый мною полиацетилен (потому что сквозь него могут проходить катионы, схожие с ионами лития), начал экспериментировать, и все получилось.

По сути дела, мое основное исследование по литий-ионным аккумуляторам началось в 1981 г., в тот год, когда профессор Фукуи получил Нобелевскую премию по химии. Примечательно, что исследованиями в этой области занимались восемь нобелевских лауреатов, что свидетельствует о сложности самой задачи.

К 1983 г. я разработал новый тип аккумулятора, где анод изготавливался из полиацетилена, а катод — из оксида лития-кобальта. Кстати, оксид лития-кобальта, первый катодный материал с содержанием ионов лития, выделил в 1980 г. один из моих коллег-лауреатов д-р Джон Гуденаф.

Как развивались ваши исследования после этого прорыва?

Какое-то время все шло хорошо. Прототип был на треть легче стандартного никель-кадмиевого аккумулятора, что было плюсом. Однако нам не удалось добиться значительного снижения веса, и мы не смогли уменьшить размер аккумулятора. Это ставило вопрос о целесообразности работы в целом, так как для отрасли электроники миниатюризация была приоритетом.

Проблема заключалась в малой относительной плотности полиацетилена, из-за чего аккумулятор получался легким, но большим по размеру. Это делало его непрактичным. Мы начали искать подобный полиацетилену материал большей плотности. Идея состояла в том, чтобы использовать какой-нибудь углеродный материал (он обладает относительной плотностью примерно 2,2 и состоит из таких же сопряженных двойных связей, что и полиацетилен). Но подходящего углеродного материала не существовало, что нас очень расстраивало.

Литий-ионные аккумуляторы сделали мобильные информационные технологии реальностью сегодняшнего дня. А в будущем они станут одним из ключевых элементов формирования экологически устойчивого общества.

Однако решение было найдено в самой корпорации Asahi Kasei. Другая исследовательская группа разработала новый углеродный материал, обладающий характерной кристаллической структурой. Это было углеродное волокно, выращенное из газовой фазы (VGCF). Оно стало хорошей заменой полиацетилену. Мне удалось получить образец этого материала. Как и ожидалось, когда мы сделали из него анод, получился легкий и компактный аккумулятор.

Как вы поняли, что миниатюризация важна?

Поскольку мы в Asahi Kasei не были специалистами по аккумуляторам, внутренние дискуссии по поводу того, что нужно отрасли, ни к чему не привели. И, конечно, мы не могли просто обратиться к производителю аккумуляторов и попросить предоставить нам конфиденциальные сведения о начальных этапах исследований. Однако я встретился с бывшим одноклассником одного из директоров Asahi Kasei. Этот человек был сотрудником компании, которая занималась производством аккумуляторов. В разговоре он подчеркнул важность миниатюризации, так как производителям смартфонов нужны были аккумуляторы, помещающиеся в узкие отсеки.

Для меня это было показательно в плане того, как важен обмен идеями между представителями разных отраслей. Подобное взаимодействие крайне важно для стимулирования технологического развития, равно как и широкого распространения и внедрения новых технологий.

Насколько общая специализация корпорации Asahi Kasei в области материаловедения повлияла на разработку литий-ионного аккумулятора?

Изначально задача заключалась в создании новых материалов на основе полиацетилена. Однако по мере хода исследований мы поняли, что отрасли необходимо множество новых материалов — для катодов, электролитов, сепараторов и т. д. Вместо того, чтобы сделать новый катод, возникла идея аккумулятора. Корпорация Asahi Kasei начала заниматься этой темой, потому что вела исследования в области новых материалов, и смогла разработать литий-ионный аккумулятор именно благодаря тому, что не была специалистом в этой области.

Если бы я занимался исследованиями в компании, производящей аккумуляторы, я бы вряд ли начал работать с полиацетиленом или VGCF. В конечном итоге, стимулом для создания новых продуктов являются новые материалы и наличие возможностей для работы с ними.

В 1985 г. д-р Ёсино подал патентную заявку (японский патент № 1989293) на первый литий-ионный аккумулятор (в нем использовался оксид лития-кобальта и анод на углеродной основе). Это положило начало глобальному распространению и использованию мобильных электронных устройств, таких как смартфоны и ноутбуки. (Фото: Asahi Kasei Corporation)

Какое влияние оказали литий-ионные аккумуляторы?

Литий-ионные аккумуляторы сделали мобильные информационные технологии реальностью сегодняшнего дня. А в будущем они станут одним из ключевых элементов формирования экологически устойчивого общества. С точки зрения решения экологических проблем аккумулятор, способный хранить электричество, — это ключевое устройство. Это стало признаваться шире примерно в 2010 г., когда появились электромобили. В тот год был выпущен автомобиль Nissan Leaf. Это было действительно эпохальное событие. С этого момента для производства электромобилей начали использовать литий-ионные аккумуляторы. За последующий период в области повышения энергоемкости литий-ионных аккумуляторов (т. е. того расстояния, которое можно проехать на одном заряде) и снижения издержек был достигнут большой прогресс. Однако до сих пор требуют решения проблемы, связанные с долговечностью (сроком службы) аккумуляторов.

Литий-ионные аккумуляторы не смогут решить все экологические проблемы, но в сочетании с другими инновациями, такими как искусственный интеллект (ИИ) и интернет вещей, они будут играть ключевую роль в формировании экологически устойчивого общества.

Вам принадлежит множество патентов. Что вы думаете о патентной системе?

Основополагающая цель патентного законодательства заключается в стимулировании технологического прогресса во всеобщих интересах. В обмен на исключительные патентные права необходимо раскрыть новую технологию обществу, способствуя тем самым ее широкому распространению. Именно так произошло с литий-ионными аккумуляторами.

Корпорация Asahi Kasei добилась успеха в области разработки аккумуляторов, но не специализировалась в ней. Поэтому нам нужно было определить направление коммерческого использования этой технологии. После длительного обсуждения было решено следующее: a) наладить сотрудничество с подходящим партнером (Toshiba) в целях коммерциализации аккумуляторов;
b) начать коммерческое использование других связанных с аккумуляторами материалов в рамках существующего бизнеса Asahi Kasei, и
c) активно лицензировать технологию литий-ионных аккумуляторов.

Благодаря программе лицензирования технология литий-ионных аккумуляторов стала доступна множеству новых производителей, что позволило повысить ее рентабельность, надежность и безопасность. Также это способствовало распространению технологии, укреплению доверия потребителей и получению компанией прибыли от лицензирования. Технология и предоставляемые ею преимущества стали доступны каждому. В этом весь смысл изобретений.

Как вы думаете, каким образом следует усовершенствовать систему интеллектуальной собственности?

В современном глобализированном мире стало сложно реализовывать исключительные права на патенты. Даже если запретить людям имитировать, они продолжают это делать! Более того, срок действия патентных прав ограничен, из-за чего крайне сложно получить выгоду от экономической ценности лишь посредством лицензирования. Думаю, необходимо задуматься о других способах обеспечения возврата инвестиций и окупаемости. Например, это может быть бизнес-модель на основе технологии литий-ионных батарей, в рамках которой технология коммерциализируется как услуга, а не как конечный продукт, что позволяет получать прибыль на последующих этапах. Подобную модель используют такие платформы, как Google, Apple, Facebook и Amazon. Она обеспечивает бóльшую окупаемость. Этим компаниям удалось преуспеть в создании подобных платформ и в установлении глобального стандарта, который расширил рынок для их технологических услуг. Некоторые из них даже предоставляются бесплатно. Например, Google предоставляет свою операционную систему Android бесплатно в целях расширения сообщества ее пользователей. И здесь мы видим, что стоимость бизнеса по производству смартфонов создается не за счет самого телефона, а за счет его использования. Такая бизнес-модель часто встречается в сфере ИТ, и она вполне может стать стандартом в будущем.

Д-р Ёсино использовал в качестве катода оксид лития-кобальта (он был открыт его коллегой-лауреатом Джоном Гуденафом), а в качестве анода — углеродный материал (углеволокно, выращенное из газовой фазы), который также может интеркалировать ионы лития. В основе работы аккумулятора лежит перемещение ионов лития между электродами, что обеспечивает длительный срок службы.

Помогла ли вам патентная система получить Нобелевскую премию по химии 2019 г.?

Отличие отраслевых исследователей от академических ученых состоит в способе обнародования достигнутых результатов. Академические ученые публикуют результаты своего труда, а отраслевые исследователи включают их в патентную документацию, которая сложна для понимания и которую до недавнего времени не воспринимали достаточно серьезно в научных кругах.

Однако в сообщении Нобелевского комитета прямо упоминается прототип литий-ионного аккумулятора, который я создал и запатентовал в 1985 г. Так что, видимо, это стало важным фактором. Также определенную роль, судя по всему, сыграло признание со стороны независимого учреждения. За первый патент на литий-ионный аккумулятор я получил Европейскую премию изобретателей от Европейского патентного ведомства. Видимо, это стало важным фактором при отборе кандидатур на получение Нобелевской премии.

Мой совет молодежи таков: будьте любопытными и используйте свою энергию для формирования навыков, уверенности в себе и знаний, необходимых для совершения крупных открытий и создания прорывных изобретений, которые станут ключевыми в этом столетии.

В целом же я думаю, что с точки зрения Нобелевской премии отраслевые исследователи находятся в невыгодном положении, поскольку, как правило, технологии, изложенные в патентных заявках, в состоянии понять только патентные эксперты, к которым я испытываю большое уважение. Соответственно, тем отраслевым исследователям, которые хотят претендовать на получение Нобелевской премии, нужно постараться получить какую-нибудь крупную награду!

Какое напутствие вы могли бы дать молодым ученым?

Время, когда можно начать заниматься новой темой, ограничено определенным возрастом. Этот возраст составляет примерно 35 лет. Именно в этот период начинали свои исследования многие поколения исследователей, получивших впоследствии Нобелевскую премию. Я начал фундаментальные исследования по разработке литий-ионных аккумуляторов в возрасте 33 лет. Это тот период, когда ты понимаешь принципы функционирования компании и общества и когда у тебя есть уверенность и решимость для начала нового дела, а в случае неудачи есть время, чтобы начать заниматься чем-то еще.

Думаю, способность Японии давать миру нобелевских лауреатов в будущем будет зависеть от того, в какой среде работают 35-летние сегодня и есть ли у них возможность реализовывать свои идеи и вести те исследования, которые могут стать основой для прорыва, достойного Нобелевской премии.

Д-р Ёсино (в центре) является почетным сотрудником Asahi Kasei и главой Центра технологий и оценки литиевых аккумуляторов (LIBTEC). (Фото: Asahi Kasei Corporation)

Какой совет вы могли бы дать молодым людям, которые в будущем мечтают стать учеными?

Сегодня молодежи доступна любая информация. Но многим кажется, что для них уже не осталось крупных изобретений или открытий. Однако это не так. Мы еще очень многого не понимаем об устройстве жизни и природы, и множество открытий еще только предстоит совершить.

Мой совет молодежи таков: будьте любопытными и используйте свою энергию для формирования навыков, уверенности в себе и знаний, необходимых для совершения крупных открытий и создания прорывных изобретений, которые станут ключевыми в этом столетии. Мы еще очень многого не знаем. Инвестируйте в свое будущее с помощью обучения. Представьте себя в 35 лет и подумайте, над чем вы могли бы работать.

В принципе я не верю, что детей можно заставить учиться. Мы должны научить их думать самостоятельно и выбирать собственный путь. Думаю, это лучшая стратегия.

Оксид лития | AMERICAN ELEMENTS ®


РАЗДЕЛ 1. ИДЕНТИФИКАЦИЯ

Название продукта: Оксид лития

Номер продукта: Все применимые коды продуктов American Elements, например LI-OX-02 , LI-OX-03 , LI-OX-04 , LI-OX-05

Номер CAS: 12057-24-8

Соответствующие установленные области применения вещества: Научные исследования и разработки

Информация о поставщике:
American Elements
10884 Weyburn Ave.
Лос-Анджелес, Калифорния

Тел .: +1 310-208-0551
Факс: +1 310-208-0351

Телефон экстренной связи:
Внутренний номер, Северная Америка: +1 800-424-9300
Международный: +1 703-527-3887


РАЗДЕЛ 2. ИДЕНТИФИКАЦИЯ ОПАСНОСТЕЙ

Классификация вещества или смеси
Классификация в соответствии с Регламентом (ЕС) № 1272/2008
GHS05 Коррозия
Skin Corr. 1B h414 Вызывает серьезные ожоги кожи и повреждения глаз.
Eye Dam. 1 h418 Вызывает серьезное повреждение глаз.
Классификация в соответствии с Директивой 67/548 / EEC или Директивой 1999/45 / EC
C; Коррозийный
R34: Вызывает ожоги.
Информация об особых опасностях для человека и окружающей среды:
Н / Д
Опасности, не классифицированные иным образом
Нет данных
Элементы маркировки
Маркировка в соответствии с Постановлением (ЕС) № 1272/2008
Вещество классифицируется и маркируется в соответствии с постановлением CLP .
Пиктограммы, обозначающие опасности

GHS05
Сигнальное слово
Опасно
Краткая характеристика опасности
h414 Вызывает серьезные ожоги кожи и повреждения глаз.
Меры предосторожности
P260 Избегать вдыхания пыли / дыма / газа / тумана / паров / аэрозолей.
P303 + P361 + P353 При попадании на кожу (или волосы): немедленно снять всю загрязненную одежду. Промыть кожу водой / принять душ.
P305 + P351 + P338 ПРИ ПОПАДАНИИ В ГЛАЗА: осторожно промыть глаза водой в течение нескольких минут. Снимите контактные линзы, если они есть, и это легко сделать. Продолжайте полоскание.
P301 + P330 + P331 ПРИ ПРОГЛАТЫВАНИИ: прополоскать рот. Не вызывает рвоту.
P405 Хранить под замком.
P501 Утилизировать содержимое / контейнер в соответствии с местными / региональными / национальными / международными правилами
.
Классификация WHMIS
D2B - Токсичный материал, вызывающий другие токсические эффекты
E - Коррозионный материал
Система классификации
Рейтинги HMIS (шкала 0-4)
(Система идентификации опасных материалов)
ЗДОРОВЬЕ
ПОЖАР
РЕАКТИВНОСТЬ
3
0
1
Здоровье (острые эффекты) = 3
Воспламеняемость = 0
Физическая опасность = 1
Другие опасности
Результаты оценки PBT и vPvB
PBT:
НЕТ
vPvB:
НЕТ


РАЗДЕЛ 3.СОСТАВ / ИНФОРМАЦИЯ ОБ ИНГРЕДИЕНТАХ

Вещества
Номер CAS / Название вещества:
12057-24-8 Оксид лития
Идентификационный номер (а):
Номер ЕС:
235-019-5


РАЗДЕЛ 4. МЕРЫ ПЕРВОЙ ПОМОЩИ

Описание мер первой помощи
Общая информация
Немедленно снимите всю одежду, загрязненную продуктом.
При вдыхании:
Обеспечить пациента свежим воздухом. Если не дышит, сделайте искусственное дыхание. Держите пациента в тепле.
Немедленно обратитесь за медицинской помощью.
При попадании на кожу:
Немедленно промыть водой с мылом; тщательно промыть.
Немедленно обратитесь за медицинской помощью.
При попадании в глаза:
Промыть открытый глаз под проточной водой в течение нескольких минут. Проконсультируйтесь с врачом.
При проглатывании:
Обратитесь за медицинской помощью.
Информация для врача
Наиболее важные симптомы и воздействия, как острые, так и замедленные.
Вызывает серьезные ожоги кожи.
Вызывает серьезное повреждение глаз.
Указание на необходимость немедленной медицинской помощи и специального лечения
Нет данных


РАЗДЕЛ 5.МЕРЫ ПОЖАРОТУШЕНИЯ

Средства пожаротушения
Надлежащие средства тушения
Продукт не горюч. Примите меры пожаротушения, которые подходят для окружающего пожара.
Особые опасности, исходящие от вещества или смеси
При попадании этого продукта в огонь могут образоваться следующие вещества:
Оксид лития
Рекомендации для пожарных
Защитное снаряжение:
Надеть автономный респиратор.
Надеть полностью защитный непромокаемый костюм.


РАЗДЕЛ 6.МЕРЫ ПРИ СЛУЧАЙНОМ ВЫБРОСЕ

Меры личной безопасности, защитное снаряжение и порядок действий в чрезвычайной ситуации
Используйте средства индивидуальной защиты. Не подпускайте незащищенных людей.
Обеспечьте соответствующую вентиляцию.
Меры по защите окружающей среды:
Не допускайте попадания материала в окружающую среду без официального разрешения.
Не допускать попадания продукта в канализацию, канализацию или другие водоемы.
Не допускайте попадания материала в землю или почву.
Методы и материалы для локализации и очистки:
Использовать нейтрализующий агент.
Утилизируйте зараженный материал как отходы в соответствии с разделом 13.
Обеспечьте соответствующую вентиляцию.
Предотвращение вторичных опасностей:
Никаких специальных мер не требуется.
Ссылка на другие разделы.
См. Раздел 7 для получения информации о безопасном обращении.
См. Раздел 8 для получения информации о средствах индивидуальной защиты.
См. Раздел 13 для получения информации об утилизации.


РАЗДЕЛ 7. ОБРАЩЕНИЕ И ХРАНЕНИЕ

Обращение
Меры предосторожности для безопасного обращения
Работать в атмосфере сухого защитного газа.
Хранить контейнер плотно закрытым.
Хранить в сухом прохладном месте в плотно закрытой таре.
Обеспечьте хорошую вентиляцию на рабочем месте.
Информация о защите от взрывов и пожаров:
Продукт не воспламеняется.
Условия безопасного хранения с учетом несовместимости.
Требования, предъявляемые к складским помещениям и таре:
Нет особых требований.
Информация о хранении в одном общем хранилище:
Хранить вдали от воздуха.
Хранить вдали от воды / влаги.
Не хранить вместе с кислотами.
Хранить вдали от окислителей.
Дополнительная информация об условиях хранения:
Хранить в сухом инертном газе.
Этот продукт чувствителен к влаге.
Этот продукт чувствителен к воздуху.
Хранить контейнер плотно закрытым.
Хранить в прохладном, сухом месте в хорошо закрытой таре.
Беречь от влаги и воды.
Специфическое конечное использование
Данные отсутствуют


РАЗДЕЛ 8. КОНТРОЛЬ ВОЗДЕЙСТВИЯ / ЛИЧНАЯ ЗАЩИТА

Дополнительная информация о конструкции технических систем:
Правильно работающий вытяжной шкаф для химических веществ, предназначенный для опасных химикатов и имеющий среднюю скорость потока воздуха не менее 100 футов в минуту.
Параметры контроля
Компоненты с предельными значениями, требующие контроля на рабочем месте:
Нет.
Дополнительная информация:
Нет данных
Средства контроля за опасным воздействием
Средства индивидуальной защиты
Соблюдайте стандартные правила защиты и гигиены при обращении с химическими веществами.
Хранить вдали от продуктов питания, напитков и кормов.
Немедленно снимите всю грязную и загрязненную одежду.
Мыть руки перед перерывами и по окончании работы.
Избегать контакта с глазами и кожей.
Поддерживайте эргономичную рабочую среду.
Дыхательное оборудование:
При высоких концентрациях использовать подходящий респиратор.
Рекомендуемое фильтрующее устройство для краткосрочного использования:
Используйте респиратор с картриджами типа P100 (США) или P3 (EN 143) в качестве резервного средства технического контроля. Следует провести оценку рисков, чтобы определить, подходят ли респираторы для очистки воздуха. Используйте только оборудование, проверенное и одобренное соответствующими государственными стандартами.
Защита рук:
Непроницаемые перчатки
Осмотрите перчатки перед использованием.
Пригодность перчаток должна определяться как материалом, так и качеством, последнее из которых может варьироваться в зависимости от производителя.
Материал перчаток
Нитрилкаучук, NBR
Время проникновения материала перчаток (в минутах)
480
Толщина перчаток
0,11 мм
Защита глаз:
Плотно закрытые очки
Полная защита лица
Защита тела:
Защитная рабочая одежда


РАЗДЕЛ 9. ФИЗИЧЕСКИЕ И ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА

Информация об основных физических и химических свойствах
Внешний вид:
Форма: Порошок или твердое вещество в различных формах
Цвет: Белый
Запах: Без запаха
Порог запаха: Нет данных.
pH: нет данных
Точка плавления / интервал плавления: 1427 ° C (2601 ° F)
Точка кипения / интервал кипения: данные отсутствуют
Температура сублимации / начало: данные отсутствуют
Воспламеняемость (твердое тело, газ)
Нет данных доступный.
Температура возгорания: данные отсутствуют
Температура разложения: данные отсутствуют
Самовоспламенение: данные отсутствуют.
Взрывоопасность: данные отсутствуют.
Пределы взрываемости:
Нижний: данные отсутствуют
Верхние: данные отсутствуют
Давление пара: нет данных
Плотность при 20 ° C (68 ° F): 2.013 г / см 3 (16,798 фунт / галлон)
Относительная плотность
Нет данных.
Плотность пара
Н / Д
Скорость испарения
Н / Д
Растворимость в воде (H 2 O): данные отсутствуют
Коэффициент распределения (н-октанол / вода): данные отсутствуют.
Вязкость:
Динамическая: нет данных
Кинематическая: нет
Другая информация
Данные отсутствуют


РАЗДЕЛ 10. СТАБИЛЬНОСТЬ И РЕАКЦИОННАЯ СПОСОБНОСТЬ

Реакционная способность
Данные отсутствуют
Химическая стабильность
Стабилен при рекомендуемых условиях хранения.
Термическое разложение / условия, которых следует избегать:
Разложение не происходит при использовании и хранении в соответствии со спецификациями.
Возможность опасных реакций
Реагирует с сильными окислителями
Условия, которых следует избегать
Данные отсутствуют
Несовместимые материалы:
Кислоты
Воздух
Вода / влага
Окислители
Опасные продукты разложения:
Оксид лития


РАЗДЕЛ 11. ТОКСИКОЛОГИЧЕСКАЯ ИНФОРМАЦИЯ

Информация о токсикологическом воздействии
Острая токсичность:
Проглатывание приводит к сильному разъеданию рта и глотки и к опасности перфорации пищевода и желудка.
Значения LD / LC50, относящиеся к классификации:
Нет данных
Раздражение или разъедание кожи:
Вызывает серьезные ожоги кожи.
Раздражение или коррозия глаз:
Вызывает серьезное повреждение глаз.
Сенсибилизация:
О сенсибилизирующих эффектах не известно.
Мутагенность зародышевых клеток:
Эффекты неизвестны.
Канцерогенность:
Нет данных о классификации канцерогенных свойств этого материала от EPA, IARC, NTP, OSHA или ACGIH.
Репродуктивная токсичность:
Эффекты неизвестны.
Специфическая системная токсичность, поражающая отдельные органы-мишени - многократное воздействие:
Эффекты неизвестны.
Специфическая системная токсичность, поражающая отдельные органы-мишени - однократное воздействие:
Эффекты неизвестны.
Опасность при вдыхании:
Воздействие неизвестно.
От подострой до хронической токсичности:
Эффекты неизвестны.
Дополнительная токсикологическая информация:
Насколько нам известно, острая и хроническая токсичность этого вещества полностью не изучена.


РАЗДЕЛ 12. ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ ИНФОРМАЦИЯ

Токсичность
Водная токсичность:
Нет данных
Стойкость и разлагаемость
Нет данных
Потенциал биоаккумуляции
Нет данных
Мобильность в почве
Нет данных
Дополнительная экологическая информация:
Нет допускать попадание материала в окружающую среду без официальных разрешений.
Не допускайте попадания неразбавленного продукта или больших количеств в грунтовые воды, водоемы или канализацию.
Избегать попадания в окружающую среду.
Результаты оценки PBT и vPvB
PBT:
Нет данных
vPvB:
Нет данных
Другие побочные эффекты
Нет данных


РАЗДЕЛ 13. СООБРАЖЕНИЯ ПО УТИЛИЗАЦИИ

Методы обработки отходов
Рекомендация
Обратитесь к официальным нормативным актам для обеспечения правильная утилизация.
Неочищенная тара:
Рекомендация:
Утилизация должна производиться в соответствии с официальными предписаниями.


РАЗДЕЛ 14. ТРАНСПОРТНАЯ ИНФОРМАЦИЯ

Номер ООН
DOT, IMDG, IATA
UN3262
Собственное транспортное наименование ООН
DOT
Коррозионное твердое вещество, основное, неорганическое, н.у. (оксид лития)
IMDG, IATA
КОРРОЗИОННОЕ ТВЕРДОЕ, ОСНОВНОЕ, НЕОРГАНИЧЕСКОЕ, N.O.S. (оксид лития)
Класс (ы) опасности при транспортировке
DOT
Класс
8 Коррозионные вещества.
Наклейка
8
Класс
8 (C6) Коррозионные вещества
Наклейка
8
IMDG, IATA
Класс
8 Коррозионные вещества.
Этикетка
8
Группа упаковки
DOT, IMDG, IATA
II
Опасности для окружающей среды:
Н / Д
Особые меры предосторожности для пользователя
Предупреждение: коррозионные вещества
Группы разделения
Щелочи
Транспортировка навалом в соответствии с Приложением II MARPOL73 / 78 и код IBC
N / A
Транспортировка / Дополнительная информация:
DOT
Морской загрязнитель (DOT):

Типовой регламент ООН:
UN3262, Коррозийное твердое вещество, основное, неорганическое, н.у. (оксид лития), 8, II


РАЗДЕЛ 15.НОРМАТИВНАЯ ИНФОРМАЦИЯ

Нормативы / законодательные акты по безопасности, охране здоровья и окружающей среды, относящиеся к веществу или смеси
Национальные правила
Все компоненты этого продукта перечислены в Реестре химических веществ Закона о контроле за токсичными веществами Агентства по охране окружающей среды США.
Все компоненты этого продукта занесены в Канадский список веществ, предназначенных для домашнего использования (DSL).
SARA Раздел 313 (списки конкретных токсичных химикатов)
Вещество не указано.
Предложение штата Калифорния 65
Предложение 65 - Химические вещества, вызывающие рак
Вещество не указано в списке.
Prop 65 - Токсичность для развития
Вещество не указано.
Предложение 65 - Токсичность для развития, женщины
Вещество не указано.
Предложение 65 - Токсичность для развития, мужчины
Вещество не указано.
Информация об ограничении использования:
Для использования только технически квалифицированными специалистами.
Другие постановления, ограничения и запретительные постановления
Вещество, вызывающее особую озабоченность (SVHC) в соответствии с Регламентом REACH (EC) № 1907/2006.
Вещества нет в списке.
Необходимо соблюдать условия ограничений согласно Статье 67 и Приложению XVII Регламента (ЕС) № 1907/2006 (REACH) для производства, размещения на рынке и использования.
Вещества нет в списке.
Приложение XIV Правил REACH (требуется разрешение на использование)
Вещество не указано.
REACH - Предварительно зарегистрированные вещества
Вещество внесено в список.
Оценка химической безопасности:
Оценка химической безопасности не проводилась.


РАЗДЕЛ 16.ПРОЧАЯ ИНФОРМАЦИЯ

Паспорт безопасности в соответствии с Регламентом (ЕС) № 1907/2006 (REACH). Вышеприведенная информация считается правильной, но не претендует на исчерпывающий характер и должна использоваться только в качестве руководства. Информация в этом документе основана на текущем уровне наших знаний и применима к продукту с учетом соответствующих мер безопасности. Это не является гарантией свойств продукта. American Elements не несет ответственности за любой ущерб, возникший в результате обращения или контакта с вышеуказанным продуктом.Дополнительные условия продажи см. На обратной стороне счета-фактуры или упаковочного листа. АВТОРСКИЕ ПРАВА 1997-2021 AMERICAN ELEMENTS. ЛИЦЕНЗИОННЫМ ДАННЫМ РАЗРЕШЕНО ИЗГОТОВЛЕНИЕ НЕОГРАНИЧЕННЫХ КОПИЙ БУМАГИ ТОЛЬКО ДЛЯ ВНУТРЕННЕГО ИСПОЛЬЗОВАНИЯ.

Оксиды лития - обзор

Химия поверхности отрицательных электродов (анодов)

Как активный металл, литий всегда покрыт естественными поверхностными пленками, образованными реакциями между металлом и компонентами атмосферы. Собственные поверхностные пленки на литии обычно имеют двухслойную структуру.Внутренний слой состоит в основном из оксида лития (Li 2 O), а внешний слой состоит из гидроксида лития (LiOH) и карбоната лития (Li 2 CO 3 ). Литий также реагирует с азотом с образованием нитрида лития (Li 3 N), и, таким образом, собственные пленки на литии также могут содержать нитрид лития (Li 3 N). Когда металлический литий вводится в полярные апротонные растворы, происходит множество реакций и взаимодействий. Некоторые из природных поверхностных частиц растворяются, и компоненты раствора могут просачиваться через природную пленку и вступать в реакцию с литием.Следы воды гидратируют оксид лития и гидроксид лития и, следовательно, могут диффундировать через естественные поверхностные пленки и вступать в реакцию с литием. оксид лития и гидроксид лития представляют собой сложные органические эфиры и алкилкарбонаты. Процессы растворения и осаждения лития разрушают поверхностные пленки и подвергают воздействию раствора свежий металлический литий. Металлический литий вступает в реакцию со всеми компонентами растворов электролитов, включая все растворители и анионы солей, представленные на Рисунке 1, и, вероятно, со всеми соответствующими ИЖ, представленными на Рисунке 2.Металлический литий также реагирует с полиэфирами, поскольку эфирная связь (C – O – C) подвергается атаке металлического лития при комнатной температуре.

На схемах 1–3 (разработанных Д. Аурбахом и соавторами на основе исследований поверхности) показаны уравнения основных реакций между литием, металлом, компонентами атмосферы, различными растворителями и анионами солей (1–3 соответственно). На этих схемах также представлены некоторые вторичные реакции. Как видно из этих схем, которые основаны на обширных исследованиях химии поверхности лития в течение более чем трех десятилетий, в каждом семействе растворителей преобладают поверхностные частицы, которые образуются на литии: алкоксиды лития в простых эфирах, карбоксилаты лития в сложных эфирах, и алкилкарбонаты лития в алкилкарбонатах.Однако ситуация на литиевых поверхностях в растворах очень динамична. Первоначально образующиеся поверхностные частицы (например, органические соли лития) могут быть далее восстановлены до карбидов лития и оксидов лития. Следы воды могут быть постепенно уменьшены с образованием гидроксида лития, оксида лития и гидрида лития. Следы воды реагируют с ROCO 2 Li с образованием карбоната лития, диоксида углерода и ROH. Диоксид углерода при образовании реагирует с карбонатом лития, ROCO 2 Li и ROH с образованием фторида лития (LiF) и их родительского протонного предшественника (угольная кислота (H 2 CO 3 ), ROCO 2 H , и ROH).

Схема 1. Поверхностные реакции различных атмосферных газов с литием, сплавами Li и литированным углеродом.

Схема 2. Поверхностные реакции различных растворителей на литии, сплавах Li и литированном углероде.

Схема 3. Поверхностные реакции различных солей на литии, сплавах Li и литированном углероде. ДЭК, диэтоксикарбонат; ЭК, этиленкарбонат; EMC, этилметилкарбонат; ТГФ, тетрагидрофторан.

Схема 3. (Продолжение).

К этим наборам первичных и вторичных реакций, связанных с растворителями, необходимо добавить вклад восстановления солевого аниона, который обычно образует галогениды лития и Li x AX y (A - основной высокий -элемент в состоянии окисления в соли-анионе, и X представляет собой галогенид, такой как хлор и фтор).Большинство продуктов литиевых поверхностных реакций представляют собой ионные соединения лития, которые нерастворимы в исходных растворах и поэтому осаждаются в виде поверхностных пленок. К этой картине следует добавить возможное образование полимерных частиц, особенно в алкилкарбонатных растворителях, восстановление которых приводит к образованию полимеризуемых частиц, таких как этилен или пропилен. Следовательно, поверхностные пленки, сформированные на литиевых электродах, очень сложны. Они имеют многослойную структуру, перпендикулярную поверхности лития, а также латеральный мозаичный состав и морфологию (т.е., содержат смеси и островки различных соединений и зерен). Такая структура может вызвать очень неоднородное распределение тока в процессах осаждения или растворения лития, что приводит к образованию дендритов, разрушению поверхностных пленок и т. Д. Следовательно, существует большая проблема найти добавки, которые могут реагировать с литием быстрее и лучше, чем частицы раствора, таким образом образуя более качественные поверхностные пленки: более однородные и гибкие (которые могут приспособиться к изменению объема активной поверхности при процессах растворения и осаждения).С точки зрения возможных поверхностных реакций, схемы 1–3 могут представить ситуацию на поверхности многих литированных соединений: лития-углерода, литированного графита (Li x C 6 0 < x <1), литиированного кремний и олово, а также литиированные интерметаллические соединения (Li x SnM y , Li x SiM y , M = третий металл, такой как медь, серебро или кобальт ).

Однако следует отметить различия между металлическим литием и литиированными соединениями с точки зрения химического состава их поверхности.В отличие от металлической поверхности, которая обладает постоянной высокой восстанавливающей способностью, указанные выше литиированные материалы образуются в результате поляризации предшественников до низких потенциалов в растворах. Таким образом, основные процессы восстановления частиц раствора на них и образования поверхностных пленок происходят во время их первого процесса поляризации от предварительно литиированного состояния до полного литиирования (то есть первого процесса зарядки литий-ионной батареи).

В этих случаях частицы раствора подвергаются воздействию постепенно увеличивающегося восстановительного потенциала электродов.Таким образом, формирование поверхностных пленок может быть гораздо более избирательным процессом по сравнению с ситуацией с металлическим литием. Следовательно, качественно говоря, на литиированных материалах образуются аналогичные соединения, как и на литии, потому что отрицательная поляризация электродов в растворах солей лития (то есть в присутствии ионов лития) должна влиять на раствор таким же образом, как и при экспонировании. металлическому литию. Однако с количественной точки зрения ожидается, что каждый материал имеет свою уникальную химию поверхности, и, таким образом, поверхностные пленки на различных типах литиированных соединений отличаются друг от друга.Следует отметить, что углеродные материалы обычно имеют кислородсодержащие поверхностные группы, которые восстанавливаются во время первых процессов поляризации в растворах. Как правило, поверхностные пленки на литии и литиированных поверхностных группах растут в результате непрерывных реакций между активной массой и частицами раствора посредством туннелирования электронов через поверхностные пленки. Транспорт электронов от активного электрода к компонентам раствора, который восстанавливает частицы раствора, компенсируется параллельным переносом ионов лития через поверхностные пленки.Эти процессы прекращаются в макроскопическом масштабе, когда поверхностные пленки достигают толщины, препятствующей дальнейшему переносу электронов через них от активной поверхности к раствору. В любом случае ситуация является динамичной даже после достижения устойчивого состояния. Существуют непрерывные процессы растворения-осаждения поверхностных частиц и спорадические процессы переноса электронов в местах, где пленки являются тонкими или полупроводниковыми (из-за определенных изменений в их латеральном составе). Следовательно, несмотря на вышеупомянутые процессы образования поверхностных пленок и их динамику, никогда не бывает абсолютной пассивации электродов их поверхностными пленками.

Повышение температуры увеличивает электрическую и ионную проводимость поверхностных пленок, что может привести к выраженным поверхностным реакциям между активной массой и частицами раствора через поверхностные пленки, сформированные при комнатной температуре. Кроме того, если растворы содержат частицы с высокой потенциальной окислительно-восстановительной активностью (например, добавки для защиты от перезарядки - будет обсуждаться позже), их можно уменьшить за счет туннелирования электронов через поверхностные пленки, хотя последнее предотвращает реакции между активными масса и остальная часть раствора (чья редко-бычья активность относится к более низким потенциалам).Также следует отметить, что большинство обсужденных выше реакций, которые описаны на схемах 1–3, являются необратимыми. Следовательно, на поверхностные частицы, сформированные при низких потенциалах, не влияет положительная поляризация электродов до потенциалов до 3 В (по сравнению с Li / Li + ).

Очень важным явлением, заслуживающим особого внимания, является возможное расслоение / растрескивание / разрушение графитовых электродов при их литировании. Графит по-прежнему является наиболее важным анодным материалом для литий-ионных аккумуляторов, потому что его можно многократно литиировать с высокой обратимостью при низких потенциалах при разумной удельной емкости (до 372 мАч г -1 с образованием LiC 6 ) и достаточные скорости (1 C скорости могут быть легко получены с графитовыми электродами без какого-либо ущерба для емкости).Однако этот слоистый материал очень хрупкий. Коинтеркаляция молекул растворителя с ионами лития и / или развитие внутреннего давления в трещинах внутри частиц графита из-за поверхностных реакций (часть которых выделяет газы, как показано на схеме 2), разрушает частицы графита во время их первой поляризации до низкой потенциалы (продемонстрированные Х. Теллером и М. Колтыпиным). Случай, который подробно описан в литературе, - это неспособность графитовых электродов претерпевать обратимое интеркалирование ионов лития в растворах пропиленкарбоната (ПК) из-за раннего разрушения частиц и их дезактивации из-за изоляции поверхностными пленками.Такие вредные процессы в графитовых электродах могут происходить в небольшом масштабе, даже в самом лучшем растворе электролита, и на самом деле могут вызывать снижение емкости графитовых электродов во время длительных циклов, что всегда наблюдается и ограничивает срок службы литий-ионных аккумуляторов. . Следовательно, использование пассивирующих добавок в растворах особенно важно для литий-ионных аккумуляторов, в которых в качестве отрицательных электродов используется графит (любого вида). В растворах есть несколько возможных загрязняющих веществ, которые очень плохо влияют на пассивацию графитовых электродов, в частности фтористый водород и другие кислотные соединения (которые вступают в реакцию с пассивирующими поверхностными частицами карбоната лития) и ионы переходных металлов, которые появляются в растворах из-за растворения с катода. сторона (пагубное явление, о котором пойдет речь в следующем подразделе).Ионы переходных металлов восстанавливаются на поверхности частиц графита, и образующиеся отложения очень плохо влияют на пассивацию частиц графита. Следовательно, при разработке растворов электролитов (включая использование соответствующих добавок) необходимо учитывать все эти явления.

Произошла ошибка при настройке пользовательского файла cookie

Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности. Если ваш браузер не принимает файлы cookie, вы не можете просматривать этот сайт.


Настройка вашего браузера для приема файлов cookie

Существует множество причин, по которым cookie не может быть установлен правильно. Ниже приведены наиболее частые причины:

  • В вашем браузере отключены файлы cookie. Вам необходимо сбросить настройки своего браузера, чтобы он принимал файлы cookie, или чтобы спросить вас, хотите ли вы принимать файлы cookie.
  • Ваш браузер спрашивает вас, хотите ли вы принимать файлы cookie, и вы отказались. Чтобы принять файлы cookie с этого сайта, нажмите кнопку «Назад» и примите файлы cookie.
  • Ваш браузер не поддерживает файлы cookie. Если вы подозреваете это, попробуйте другой браузер.
  • Дата на вашем компьютере в прошлом. Если часы вашего компьютера показывают дату до 1 января 1970 г., браузер автоматически забудет файл cookie. Чтобы исправить это, установите правильное время и дату на своем компьютере.
  • Вы установили приложение, которое отслеживает или блокирует установку файлов cookie. Вы должны отключить приложение при входе в систему или проконсультироваться с системным администратором.

Почему этому сайту требуются файлы cookie?

Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности, запоминая, что вы вошли в систему, когда переходите со страницы на страницу. Чтобы предоставить доступ без файлов cookie потребует, чтобы сайт создавал новый сеанс для каждой посещаемой страницы, что замедляет работу системы до неприемлемого уровня.


Что сохраняется в файле cookie?

Этот сайт не хранит ничего, кроме автоматически сгенерированного идентификатора сеанса в cookie; никакая другая информация не фиксируется.

Как правило, в cookie-файлах может храниться только информация, которую вы предоставляете, или выбор, который вы делаете при посещении веб-сайта. Например, сайт не может определить ваше имя электронной почты, пока вы не введете его. Разрешение веб-сайту создавать файлы cookie не дает этому или любому другому сайту доступа к остальной части вашего компьютера, и только сайт, который создал файл cookie, может его прочитать.

Произошла ошибка при настройке пользовательского файла cookie

Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности.Если ваш браузер не принимает файлы cookie, вы не можете просматривать этот сайт.


Настройка вашего браузера для приема файлов cookie

Существует множество причин, по которым cookie не может быть установлен правильно. Ниже приведены наиболее частые причины:

  • В вашем браузере отключены файлы cookie. Вам необходимо сбросить настройки своего браузера, чтобы он принимал файлы cookie, или чтобы спросить вас, хотите ли вы принимать файлы cookie.
  • Ваш браузер спрашивает вас, хотите ли вы принимать файлы cookie, и вы отказались.Чтобы принять файлы cookie с этого сайта, нажмите кнопку «Назад» и примите файлы cookie.
  • Ваш браузер не поддерживает файлы cookie. Если вы подозреваете это, попробуйте другой браузер.
  • Дата на вашем компьютере в прошлом. Если часы вашего компьютера показывают дату до 1 января 1970 г., браузер автоматически забудет файл cookie. Чтобы исправить это, установите правильное время и дату на своем компьютере.
  • Вы установили приложение, которое отслеживает или блокирует установку файлов cookie.Вы должны отключить приложение при входе в систему или проконсультироваться с системным администратором.

Почему этому сайту требуются файлы cookie?

Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности, запоминая, что вы вошли в систему, когда переходите со страницы на страницу. Чтобы предоставить доступ без файлов cookie потребует, чтобы сайт создавал новый сеанс для каждой посещаемой страницы, что замедляет работу системы до неприемлемого уровня.


Что сохраняется в файле cookie?

Этот сайт не хранит ничего, кроме автоматически сгенерированного идентификатора сеанса в cookie; никакая другая информация не фиксируется.

Как правило, в cookie-файлах может храниться только информация, которую вы предоставляете, или выбор, который вы делаете при посещении веб-сайта. Например, сайт не может определить ваше имя электронной почты, пока вы не введете его. Разрешение веб-сайту создавать файлы cookie не дает этому или любому другому сайту доступа к остальной части вашего компьютера, и только сайт, который создал файл cookie, может его прочитать.

Настройка дефектов в оксидах при комнатной температуре путем восстановления лития

Термодинамические расчеты

Доказать, что литий может эффективно восстанавливать TiO 2 , SnO 2 , ZnO и т. Д., как представлено в формуле. По формуле (1) рассчитаны энтальпии реакций. Как показано в дополнительной таблице 1, изменения энтальпии реакции, представленные формулой. (1) все отрицательны, что означает, что реакции экзотермические. Кроме того, например, Δ G для реакции 4Li + TiO 2 → Ti + 2Li 2 O составляет -233,6 кДж моль -1 при 298 К, ​​что указывает на то, что реакция может происходить самопроизвольно при комнатной температуре.

$$ {\ mathrm {MO}} _ {{y}} + 2x {\ mathrm {Li}} \ to {\ mathrm {MO}} _ {y - x} + x {\ mathrm {Li}} _2 {\ mathrm {O}}.$

(1)

Синтез и характеристика дефектных оксидов

Мы применили метод восстановления лития для создания дефектов в наночастицах TiO 2 (P25, Degussa, коммерчески доступны), поскольку TiO 2 в последние десятилетия широко изучался как высокоэффективный фотокатализатор 28,29 . Порошки TiO 2 и лития взвешивали и помещали в ступку с последующим добавлением диметилкарбоната (ДМК) в качестве диспергатора.Смеси измельчали, а затем удаляли растворением образовавшегося оксида лития в разбавленной соляной кислоте (HCl). Подробный процесс показан на дополнительном рисунке 1. После центрифугирования и промывки полученные порошки сушили для определения характеристик. Как показано на рис. 1а, образцы TiO 2 с восстановленным литием имеют разные цвета от синего до черного, что резко контрастирует с белыми нетронутыми порошками TiO 2 . Изменение цвета TiO 2 можно приписать усиленному поглощению видимого света, поэтому мы назвали их «черным» TiO 2 .На рисунке 1b показана идентичная кристаллическая структура с фазой анатаза в большинстве и структурой рутила в меньшей степени для различных образцов TiO 2 , что демонстрирует, что наш метод восстановления лития не изменяет внутреннюю кристаллическую структуру наночастиц TiO 2 . Как показано в спектрах комбинационного рассеяния на дополнительном рисунке 2, полоса комбинационных колебаний исходного порошка TiO 2 имеет конфигурацию, идентичную таковой для восстановленного литием TiO 2 , за исключением уширения полосы E g пик на ~ 148 см −1 (дополнительный рис.3). Установлено, что размер частиц восстановленного литием TiO 2 почти такой же, как и у исходного TiO 2 , на основании морфологии, охарактеризованной с помощью сканирующей электронной микроскопии (SEM, дополнительный рисунок 4), что указывает на то, что комнатные температурные условия не вызывают дальнейшего роста зерен. Чтобы продемонстрировать, что наш подход может быть использован в качестве универсального метода для создания дефектов в других оксидах, мы приготовили аналогичные «черные» наночастицы ZnO, SnO 2 и CeO 2 путем восстановления литием (рис.1c) без изменения их кристаллической структуры (рис. 1d – f) или размера частиц (дополнительный рис. 5).

Рис. 1

Наночастицы чистого и восстановленного оксида лития. a Фотография TiO 2 . b Рентгенограммы TiO 2 . c Фотография ZnO, SnO 2 и CeO 2 соответственно. d - f Рентгенограммы ZnO, SnO 2 и CeO 2 , соответственно

Для оценки дефектов восстановленного литием TiO 2 , рентгеновская фотоэлектронная спектроскопия (XPS) элементарного O и Ti предусмотрены.Три типичных пика XPS при ~ 530,6, 531,9 и 532,8 эВ (обозначенные как O1, O2 и O3) на рис. 2а могут быть отнесены к решеточному кислороду, дефектам кислорода и поверхностно-адсорбированным формам кислорода соответственно 18,30 . Как видно на рис. 2а, содержание кислородных дефектов (O2) в восстановленном литием TiO 2 значительно увеличивается по сравнению с исходным TiO 2 , что позволяет предположить, что активный литий может эффективно удалять частичные кислородные элементы, а затем генерируют больше кислородных вакансий в решетке порошков TiO 2 .Кроме того, содержание кислородных дефектов в порошках TiO 2 с восстановленным литием заметно увеличивалось с увеличением количества порошков металлического лития, что указывает на легкое использование лития для регулирования содержания дефектов в порошке TiO 2 . Кроме того, Ti 2p-спектры порошка TiO 2 также демонстрируют, что нечастый Ti 3+ был получен из образования кислородных вакансий 30 (рис. 2b и дополнительный рис. 6). Поскольку XPS-анализ довольно нечувствителен к обнаружению Ti 3+ , мы применили измерения электронного парамагнитного резонанса (ЭПР) для изучения дефектов титана в порошках TiO 2 .Индикаторы g-пиков при 1,973 и 2,002 соответствуют Ti 3+ и кислородным вакансиям в решетке соответственно 30,31 (рис. 2в). Согласно результатам спектров РФЭС, содержание Ti 3+ и кислородных вакансий в восстановленном литием TiO 2 значительно выше, чем в исходном порошке. Важно отметить, что элементарный литий не был обнаружен ни в исходном порошке TiO 2 , ни в порошках TiO 2 с восстановленным литием, как определено по спектрам Li 1s 32 (дополнительный рис.7), что позволяет предположить, что оксиды лития можно полностью удалить кислотной обработкой. Дальнейшая характеристика с помощью просвечивающей электронной микроскопии (ПЭМ) на рис. 2d и e показывает, что чистый TiO 2 не имеет неупорядоченных доменов, но после обработки 5% Li наблюдался неупорядоченный слой толщиной 2 нм. Мы связываем это с лишением поверхностной решетки кислорода элементарным литием в процессе контактной реакции. Интересно, что мы также обнаружили, что удельная поверхность наночастиц TiO 2 увеличилась с 49.От 88 до 55,28 м 2 г -1 после обработки восстановлением литием, что может быть связано с образовавшейся дефектной структурой поверхности.

Рис. 2

Характеристика дефектов в исходных и восстановленных литием наночастицах TiO 2 . a , b XPS-спектры. c Спектры ЭПР. d , e Изображения с высоким углом кольцевого темного поля (HAADF) нетронутого TiO, обработанного 5% Li 2 . Масштабные полосы, 5 нм

Кроме того, мы исследовали проводимость наночастиц TiO 2 (дополнительный рис.8), получая значительно увеличенную проводимость после обработки восстановлением лития за счет образовавшегося неупорядоченного поверхностного слоя. Хорошо известно, что наличие Ti 3+ может повысить проводимость TiO 2 33,34,35 . Как показано на дополнительном рис. 9, наличие кислородных вакансий приводит к образованию избыточных электронов, которые превращают Ti 4+ в Ti 3+ . Между тем концентрация Ti 3+ сильно зависит от количества кислородных вакансий (O v ).Избыточные электроны могут свободно прыгать при комнатной температуре 36,37,38 , что, вероятно, является основной причиной высокой проводимости восстановленного TiO 2 . За пределами TiO 2 «черный» ZnO, SnO 2 и CeO 2 демонстрируют аналогичную структуру дефектов по сравнению с TiO 2 . Мы наблюдали, что содержание кислородных дефектов во всех оксидах значительно увеличилось после обработки восстановлением лития (дополнительный рис. 10), что указывает на то, что кислородные дефекты были успешно имплантированы в оксиды.В то же время энергия связи катионов металлов в оксидах немного снизилась после обработки восстановлением лития из-за имплантированных дефектов (дополнительный рис. 11). Кроме того, не было обнаружено пиков, связанных с литием, в оксидах, восстановленных литием 32 (дополнительный рисунок 12), что дополнительно подтверждает, что все оставшиеся оксиды лития были полностью удалены в процессе кислотного выщелачивания.

Чтобы исследовать влияние размера частиц металлического порошка Li на восстановление оксидов, мы приготовили дефектные нанопорошки TiO 2 , восстановленные на 5 мас.% Порошка Li и цельного куска Li.Здесь средний диаметр частиц порошка Li составлял ~ 30 мкм (дополнительный рис. 13). Как показано на дополнительном рисунке 14, очевидно, что дефектные порошки TiO 2 , полученные из порошка лития и детали из лития, имеют одинаковую глубину цвета, что указывает на то, что их дефектное содержание соответствует друг другу. Кроме того, мы также сравнили различное содержание ДМК при восстановлении нанопорошка TiO 2 . Как показано на дополнительном рис. 15, можно видеть, что цвет дефектного TiO 2 не изменился с содержанием диспергатора от 1:10, 1:20 до 1:30.Наши расчеты из первых принципов показывают, что энергия образования кислородной вакансии (O v ) в TiO 2 составляет 3,77 эВ на кислород, в то время как соответствующая энергия образования потери одного атома кислорода в DMC составляет 4,80 эВ на кислород, что на 1,03 эВ больше, чем соответствующая энергия пласта за счет улавливания кислорода из TiO 2 . Таким образом, Li предпочитает захватывать кислород из TiO 2 вместо DMC.

Из приведенных выше результатов мы уверены, что однородные дефекты были успешно имплантированы на поверхность оксидных нанопорошков с помощью нашей стратегии восстановления лития, что можно объяснить несколькими причинами.Во-первых, металлический литий может реагировать с оксидами при комнатной температуре согласно диаграммам Эллингема и нашим расчетным результатам. Таким образом, металлический литий может извлекать O из оксидов с образованием Li 2 O, а также дефектных оксидов в процессе измельчения. Во-вторых, литий можно непрерывно расширять в процессе измельчения из-за его высокой пластичности, что приводит к постоянному взаимодействию свежего лития с оксидами до тех пор, пока металлический литий не прореагирует полностью. Наконец, порошки лития и нанопорошки оксидов могут быть однородно смешаны с добавлением ДМК, что способствует равномерной имплантации дефектов на поверхность нанопорошков оксидов во время процесса измельчения.Кроме того, реакция между Li и TiO 2 происходит на границе раздела, которая захватывает атомы кислорода на поверхности TiO 2 . Хотя кислородные вакансии первоначально образуются на поверхности, они предпочитают диффундировать в подповерхностный или внутренний слой (дополнительный рис. 16). Подповерхностный O v более стабилен на ~ 0,13 эВ, чем на поверхности, как предполагалось в предыдущих экспериментах и ​​теории 39,40,41 . Расчетный диффузионный энергетический барьер ~ 0.7 эВ (дополнительный рисунок 16), что указывает на то, что O v имеет тенденцию диффундировать с поверхности в область внутреннего слоя при комнатной температуре.

Как обсуждалось выше, дефектные оксиды часто демонстрируют лучшие свойства, чем их изначальные аналоги для ряда применений 2,5,23,24,25,26 . Поэтому мы ожидаем, что дефектные оксиды металлов, полученные в этой работе, найдут множество потенциальных применений. Ниже в качестве примеров возможных применений мы исследовали фотокаталитическое разложение органических загрязнителей и выделение водорода из нашего дефектного нанопорошка TiO 2 .

Фотокаталитические свойства дефектного TiO

2 нанопорошок

Дополнительный На рис.17 показаны спектры поглощения в УФ-видимой-ближней ИК-области порошков TiO 2 при различных уровнях восстановления, чтобы объяснить изменение оптического поглощения, вызванное образованием дефектов. . Обнаружено, что поглощение видимого и ближнего инфракрасного света для восстановленного литием TiO 2 было значительно улучшено по сравнению с поглощением исходного порошка TiO 2 , и существует положительная корреляция между усилением и содержанием металлического лития.Согласно подобранной оптической ширине запрещенной зоны, выраженной уравнением Таука 42 , ширина запрещенной зоны TiO 2 сузилась с 3,3 до 3,1 эВ после обработки литием (дополнительный рисунок 18), что свидетельствует о том, что введение дефектов снижает TiO 2 может немного сузить запрещенную зону, а также расширить диапазон поглощения света. Помимо свойств оптического поглощения, на разделение и миграцию носителей в неравновесном состоянии также влияет образование дефектов.Флуоресценция в твердом стационарном состоянии могла бы качественно пролить свет на кинетику переноса и рекомбинации фотогенерированных электронно-дырочных пар. На дополнительном рисунке 19 показано, что как чистый, так и дефектный TiO 2 демонстрируют свои пики излучения при 412 нм при возбуждении светом 330 нм. Более низкая интенсивность излучения флуоресценции дефектного TiO 2 означает, что его рекомбинация возбужденных электронно-дырочных пар менее серьезна, чем у исходного TiO 2 , что может обеспечить дефектный TiO 2 более длительным сроком службы носителей.Тесты флуоресценции в переходном состоянии успешно подтверждают наш прогноз (дополнительный рис. 20). Профиль затухания флуоресценции показал, что время жизни фотогенерированных носителей в дефектном TiO 2 (280 пс) больше, чем у исходного TiO 2 (230 пс), что доказывает, что дефекты способствуют разделению фотогенерированных носителей. Кроме того, также было измерено оптическое поглощение наночастиц ZnO, SnO 2 и CeO 2 , показав значительно увеличенное поглощение (дополнительный рис.21) и незначительно суженную запрещенную зону (дополнительный рис. 22) после имплантации дефектов, вызванных восстановительной обработкой литием, в эти оксиды.

Теоретически дефектный фотокатализатор TiO 2 с более широким диапазоном отклика солнечного спектра и более длительным сроком службы носителей заряда будет проявлять более высокую активность. В соответствии с нашим выводом, мы наблюдали значительное улучшение эффективности фотокаталитического разложения родамина B (RhB) в восстановленном литием TiO 2 по сравнению с исходным TiO 2 (рис.3а). Время, необходимое фотокатализатору TiO 2 для разложения RhB под солнечным светом, уменьшилось с 24 до 10 мин после обработки восстановлением литием. Интересно, что активность фотокаталитического разложения сначала увеличивалась, а затем уменьшалась с увеличением содержания лития, и достигла оптимизации после обработки 2% Li. Поэтому мы повторили деградацию RhB девять раз на основе 2% восстановленных литием наночастиц TiO 2 (рис. 3b). Мы четко наблюдали, что восстановленные литием наночастицы TiO 2 остаются постоянными после девяти циклов разложения RhB, что свидетельствует об их превосходной стабильности.После этого мы проверили активность фотокаталитического выделения водорода. По сравнению с исходным TiO 2 восстановленный литием TiO 2 показал значительно повышенную фотокаталитическую активность (рис. 3c). Скорость фотокаталитического выделения водорода увеличилась с 13,4 ммоль г -1 ч -1 (чистый TiO 2 ) до 41,8 ммоль г -1 ч -1 (3% Li-восстановленный TiO 2 ) под полным солнечным светом (содержащим ультрафиолетовый, видимый и ближний инфракрасный свет при плотности излучения 100 мВт / см −2 ).Кроме того, активность фотокаталитического выделения водорода также демонстрировала первоначальное увеличение, а затем уменьшение с увеличением содержания лития и достигла своего пика после обработки ~ 3% Li, что согласуется с указанной выше активностью фотокаталитического разложения. Мы заметили, что дефекты по-разному влияют на фотокаталитические свойства; то есть фотокаталитические свойства пропорциональны содержанию дефектов до определенной точки из-за повышенного поглощения света и активных центров.Однако избыточные дефекты вредны для фотокаталитической активности, поскольку они также могут действовать как центры рекомбинации зарядов 31,43 . Впоследствии мы повторили эксперименты по выделению водорода 11 раз на основе наночастиц TiO 2 , обработанных 3% Li (рис. 3d). Очевидно, что восстановленный литием TiO 2 демонстрирует неизменно отличную активность после длительных циклов, что также указывает на превосходную стабильность дефектного TiO 2 и имплантированных в них дефектов.Основываясь на приведенных выше фотокаталитических результатах, мы предполагаем, что улучшенные фотокаталитические свойства могут быть связаны с имплантированными дефектами в наночастицах TiO 2 . Чтобы доказать это, мы дополнительно охарактеризовали активность фотокаталитического разложения восстановленных литием наночастиц TiO 2 после отжига при 400 ° C в течение 1 часа для удаления образовавшихся дефектов (дополнительный рис. 23). Результаты показали, что фотокаталитические характеристики дефектного TiO 2 значительно снизились после отжига.Кроме того, мы также сравнили активность фотокаталитического выделения водорода у восстановленных литием наночастиц TiO 2 с ранее опубликованными работами (дополнительная таблица 2), что указывает на то, что наш дефектный TiO 2 , полученный восстановлением лития, обладает превосходной фотокаталитической активностью.

Рис. 3

Фотокаталитические свойства чистых и восстановленных литием наночастиц TiO 2 . a , b Фотокаталитическая активность и стабильность в отношении разложения RhB. c , d Фотокаталитическая активность и стабильность для выделения водорода

Теоретические расчеты

Чтобы понять причину изменения электронных и оптических свойств наночастиц TiO 2 , восстановленных литием, электронная структура была предсказана первыми - принципы расчетов. Сначала была исследована плотность состояний (DOS) восстановленного TiO 2 с различными концентрациями O v (рис. 4a – c). Как показано на рис.4, максимум валентной зоны (VBM) в основном состоит из орбиталей O-2 p , а минимум зоны проводимости (CBM) в основном состоит из орбиталей Ti-3 d . Интересно отметить, что изменение концентраций O v (1O v , 2O v и 4O v ) не влияет на положения ни VBM, ни CBM, поэтому внутренняя запрещенная зона не зависит от O v . . Как установлено выше, собственная ширина запрещенной зоны TiO 2 изменяется только с 3,3 до 3.1 эВ после индукции O v , что согласуется с теоретическими результатами.

Рис. 4

Плотность состояний (DOS) и соответствующая накопленная сила осцилляторов дефектного анатаза TiO 2 . a - c DOS поверхности TiO 2 с 1O v , 2O v и 4O v на сляб, соответственно. d – f Осцилляторная сила поверхности TiO 2 с 1O v , 2O v и 4O v на сляб, соответственно.Сила осциллятора рассчитывалась для переходов из щелевых состояний в зону проводимости (ЗП). Оранжевая, синяя и светло-зеленая области в DOS обозначают проекцию DOS ионов Ti 4+ , ионов Ti 3+ и ионов O 2- соответственно. Состояние запрещенной зоны, максимум валентной зоны (VBM) и минимум зоны проводимости (CBM) указаны в DOS. Накопленная сила осциллятора рассчитывается путем суммирования данных компонентов направления y и z на дополнительном рис.24

Учитывая, что O v не влияет на собственную ширину запрещенной зоны, естественно возразить, почему поглощение света TiO 2 , содержащим O v , значительно улучшено по сравнению с исходным TiO 2 . Ранее сообщалось, что избыточные электроны могут быть введены O v 44 . Между тем, избыточные электроны могут быть легко захвачены ионами Ti 4+ с образованием ионов Ti 3+ , а запрещенные состояния, индуцированные ионами Ti 3+ , существуют внутри собственной запрещенной зоны 45 .Прогнозируемые плотности состояний ионов Ti 4+ , Ti 3+ и O 2- показаны на рис. 4a – c соответственно. Оранжевые, синие и светло-зеленые области представляют соответствующие прогнозируемые DOS ионов Ti 4+ , ионов Ti 3+ и ионов O 2- соответственно. Как показано на рис. 4a – c, пик щелевых состояний (синие пики) постепенно увеличивается и расширяется с увеличением концентрации O v . Между тем, интенсивность PDOS ионов Ti 3+ в области CB, особенно пика на ~ 2 эВ выше CBM, также была значительно увеличена 46 .Фактически, CBM TiO 2 состоит из пустых орбиталей t 2g , поэтому, когда избыточные электроны существуют в системе TiO 2 , каждый из них сначала заполнит одну из трех почти вырожденных t 2g орбитали и оставляет два незанятых состояния. Заполненные орбитали t 2g становятся щелевыми состояниями, в то время как две другие незанятые орбитали t 2g перемещаются на более высокие энергетические уровни, соответствующие резонансу щелевых состояний, согласующемуся с эффектом Яна-Теллера 46 .

Чтобы узнать, влияют ли щелевые состояния на фотопоглощение, для Ti 3+ была дополнительно рассчитана сила осциллятора переходов из щелевых состояний в CB. Как показано на рис. 4d – f, некоторые пики при ~ 2 эВ появляются для силы осциллятора перехода от щелевых состояний к CB. Такие результаты ясно предполагают, что щелевые состояния, индуцированные O v , могут усиливать фотоадсорбцию за счет переходов d-d между ионами Ti 3+ и его резонанса 47 .Следует отметить, что сила осциллятора Ti 4+ не имеет такой особенности. Наиболее важно то, что с увеличением O v пик резонансных состояний около 2 эВ постепенно становится более заметным (рис. 4e, f). Поскольку щелевые состояния имеют прямую связь с дефектами O v , щелевые состояния могут быть значительно расширены и даже расширены до CBM 48 . В результате разница в энергии между щелевыми состояниями и резонансными состояниями в CB резко уменьшается с увеличением O v , которое попадает в диапазон энергий видимого света.Вот почему восстановленный TiO 2 может поглощать видимый свет, и его видимый цвет меняется с синего на темный с увеличением концентрации O v .

Li2O (оксид лития, литий)

Коэффициент линейного расширения 0,068
Точка размягчения фритты 723C
Самый легкий, самый легкий

самый реактивный поток. Добавление небольших количеств по массе вносит непропорционально большие количества в рецептуру глазури (из-за ее низкой молекулярной массы).

- Вместе с бором и натрием он действует как плавитель при более низких температурах. Вместе с оксидами натрия и калия он относится к щелочной группе.

-Карбонат лития, его основной источник, имеет очень низкую температуру плавления и является очень активным и мощным флюсом.

- Во фриттах и ​​глазури литий используется для снижения вязкости и, таким образом, увеличения текучести покрытий. Это сокращает время созревания и снижает температуру обжига.

-1% добавки могут значительно повысить блеск глазури, а несколько большее количество (3%) может снизить температуру плавления на несколько конусов и повлиять на поверхностное натяжение расплава.

- Высокая стоимость ограничивает его использование в больших количествах, но в небольших количествах он действует как мощный вспомогательный щелочной флюс с желаемым эффектом снижения теплового расширения. Однако в больших количествах литий может резко увеличить тепловое расширение стекла.

- Расчетные прогнозы расширения имеют тенденцию разрушаться при всех добавках лития в глазури, кроме небольшого количества (менее 5%). Его вклад в нелинейные, особенно в глазури с высоким содержанием натрия и калия. Часто кажется, что глазури с высоким содержанием лития дрожат, тогда как расчетное расширение не указывает на достаточно низкое расширение.Известно, что расплавленный литий подвижен (диффундирует в окружающую матрицу из-за своего малого ионного радиуса и низкого заряда). Он также может диффундировать в тело и создавать поверхность глазури с низким коэффициентом расширения. Одна теория предполагает, что глазури с более чем примерно 5 мол.% Li 2 O могут образовывать обогащенную литием поверхность раздела (это может быть связано с верхним слоем глазури с дефицитом лития). Результатом может быть кристаллизация слоя сподумена, что приведет к его инверсии и связанному с этим внезапному расширению при 1082 ° C во время охлаждения.

- В отличие от предыдущего, Li 2 O может даже неточно рассчитывать с небольшими добавками (когда он вводится в качестве нового материала в глазури). Это особенно верно, когда существующая глазурь не сбалансирована (отсутствует SiO 2 / Al 2 O 3 или насыщенный флюсом).

- Его расширение намного ниже, чем у соды или поташа, и он используется для производства специальных тел с низким коэффициентом расширения и глазурей, устойчивых к тепловому удару. При использовании в качестве частичного заменителя оксидов натрия и калия он дает глазури с меньшей степенью расширения.Но если его просто добавить к растрескивающейся глазури, уже содержащей значительное количество KNaO, проблема с растрескиванием вряд ли будет решена.

-Лития дает наиболее интенсивные цвета в глазури с низким содержанием глинозема и высоким содержанием щелочей.

- Щелочи могут увеличить растворимость свинца.

-Он может способствовать текстурным или разнообразным эффектам на поверхности глазури, поскольку способствует расстеклованию в стеклянных системах.

-Лития может вызвать образование пузырьков в глазури, если его использовать отдельно от других щелочей.

- В некоторых системах небольшие добавки лития вступают в реакцию с кварцем во время обжига и могут устранить альфа-бета переход кварца в цикле охлаждения.

В погоне за основанием реактивного конуса 6, с которым я могу жить

Эти тесты GLFL и GBMF на текучесть расплава сравнивают 6 нетрадиционных флюсованных глазурей с традиционным конусом 6 умеренно флюсованной бором (+ сода / кальций / магнезия) основой (крайний слева Plainsman G2926B). Цель состоит в том, чтобы добиться более высокой текучести расплава для получения более блестящей поверхности и большей реакционной способности с добавлением красителей и красителей (с осознанием недостатков этого).По наиболее активным флюсам это: G3814 - Умеренное содержание цинка, без бора G2938 - с высоким содержанием соды + лития + стронция G3808 - Высокое содержание бора + сода (на основе бората Герстли) G3808A - химия 3808, полученная из фритт G3813 - Бор + цинк + литий G3806B - Сода + цинк + стронций + бор (эффект смешанных оксидов) Эта серия тестов была проведена для выбора рецепта, который, хотя и будет более жидким, будет иметь минимум проблем, связанных с ним (например, образование трещин, пузырей, чрезмерный бег, предрасположенность к выщелачиванию).На последнем этапе рецепт будет изменен по мере необходимости. В конце концов мы выбрали G3806B и дополнительно модифицировали его, чтобы уменьшить тепловое расширение.

Супер стеклянная ультрапрозрачная блестящая глянцевая глазурь с конусом 6? Да!

Я сравнивал 6 хорошо известных глазурей на основе жидкого расплава Cone 6 и обнаружил некоторые удивительные вещи. В верхнем ряду находятся 10-граммовые испытательные шары GBMF, каждый из которых плавится на плитке, чтобы продемонстрировать текучесть расплава и скопление пузырьков. Во втором, третьем, четвертом рядах они изображены на керамограните, бафе, коричневом керамограните.Первая колонка представляет собой типичный конус 6, пропитанный бором. Остальные добавляют стронций, литий и цинк или увеличивают бор. Они имеют более гладкие стеклянные поверхности, меньше пузырей и должны давать яркие цвета и реактивные визуальные эффекты. Цена? Они оседают, трескаются, пылятся, загустевают, стекают во время обжига, увлекаются или выщелачиваются. В конце концов, я выберу один или два, исправлю проблемы и дам инструкции.

Периодическая таблица из оксида керамики

Все обычные традиционные глазури на керамической основе состоят всего из дюжины элементов (плюс кислород).При плавлении глазури материалы разлагаются, выделяя эти элементы в оксидной форме. Печь создает из них глазурь, ей безразлично, какой материал является источником какого оксида (конечно, при условии, что все материалы плавятся или полностью растворяются в расплаве, чтобы высвободить эти оксиды). Каждый из этих оксидов придает стеклу определенные свойства. Итак, вы можете взглянуть на формулу и сделать хорошее предсказание свойств обожженной глазури. И знать, какой конкретный оксид нужно увеличить или уменьшить, чтобы сдвинуть свойство в заданном направлении (например,грамм. поведение при плавлении, твердость, долговечность, тепловое расширение, цвет, блеск, кристаллизация). И знать о том, как они взаимодействуют (влияют друг на друга). Это мощно. И это проще, чем рассматривать глазури как рецепты из сотен различных материалов (каждый из них является источником нескольких оксидов, поэтому его корректировка влияет на несколько свойств).

звеньев

Механизмы

Цвет глазури Лития может создавать синие эффекты с медью.
Цвет глазури Лития может производить розовый и теплый синий с кобальтом.
Пестрота глазури Лития при использовании в небольших количествах (-1%) способствует появлению пятнистости и эффекта текучести.

Тони Хансен




https://digitalfire.com, Все права защищены
Политика конфиденциальности

Произошла ошибка при настройке вашего пользовательского файла cookie

Произошла ошибка при настройке вашего пользовательского файла cookie

Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности.Если ваш браузер не принимает файлы cookie, вы не можете просматривать этот сайт.

Настройка вашего браузера для приема файлов cookie

Существует множество причин, по которым cookie не может быть установлен правильно. Ниже приведены наиболее частые причины:

  • В вашем браузере отключены файлы cookie. Вам необходимо сбросить настройки своего браузера, чтобы он принимал файлы cookie, или чтобы спросить вас, хотите ли вы принимать файлы cookie.
  • Ваш браузер спрашивает вас, хотите ли вы принимать файлы cookie, и вы отказались.Чтобы принять файлы cookie с этого сайта, нажмите кнопку «Назад» и примите файлы cookie.
  • Ваш браузер не поддерживает файлы cookie. Если вы подозреваете это, попробуйте другой браузер.
  • Дата на вашем компьютере в прошлом. Если часы вашего компьютера показывают дату до 1 января 1970 г., браузер автоматически забудет файл cookie. Чтобы исправить это, установите правильное время и дату на своем компьютере.
  • Вы установили приложение, которое отслеживает или блокирует установку файлов cookie.Вы должны отключить приложение при входе в систему или проконсультироваться с системным администратором.

Почему этому сайту требуются файлы cookie?

Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности, запоминая, что вы вошли в систему, когда переходите со страницы на страницу. Чтобы предоставить доступ без файлов cookie потребует, чтобы сайт создавал новый сеанс для каждой посещаемой страницы, что замедляет работу системы до неприемлемого уровня.

Что сохраняется в файле cookie?

Этот сайт не хранит ничего, кроме автоматически сгенерированного идентификатора сеанса в cookie; никакая другая информация не фиксируется.

Как правило, в cookie-файлах может храниться только информация, которую вы предоставляете, или выбор, который вы делаете при посещении веб-сайта.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *