Wikipedia

Węglik wanadu

związek chemiczny

Węglik wanadu, VC – nieorganiczny związek chemiczny z grupy węglików, połączenie węgla i wanadu.

Węglik wanadu
Ogólne informacje
Wzór sumaryczny

VC

Masa molowa

62,95 g/mol

Wygląd

czarne sześcienne kryształy[1]

Identyfikacja
Numer CAS

12070-10-9

PubChem

159387

Jeżeli nie podano inaczej, dane dotyczą
stanu standardowego (25 °C, 1000 hPa)

Budowa cząsteczki

edytuj

Krystalizuje w układzie regularnym (grupa przestrzenna Fm3m)[2]. Kryształy węgliku wanadu są izomorficzne między innymi z kryształami tlenku wanadu(II) i azotku wanadu(inne języki)[3].

Otrzymywanie

edytuj

Skala laboratoryjna

edytuj

Istnieje wiele metod syntezy węgliku wanadu[4]. Jedna z nich, stosowana w produkcji VC do zastosowań katalitycznych (to znaczy o dużej powierzchni właściwej), polega na redukcji V
2O
5 do V
2O
3 za pomocą gazowego wodoru w temperaturze 430 °C i przereagowaniu powstałego tlenku z metanem przy około 1000 °C[5]:

V
2O
5 + 2H
2 → V
2O
3 + 2H
2O
V
2O
3 + 5CH
4 → 2VC + 3CO + 10H
2

Skala przemysłowa

edytuj

W skali przemysłowej otrzymywany jest między innymi poprzez ogrzewanie węgla z V
2O
5 lub V
2O
3 w temperaturze 1100 °C w atmosferze wodoru[3] lub poprzez bezpośrednią reakcję węgla z wanadem w temperaturze 1100–1500 °C[6].

Właściwości

edytuj

Właściwości fizyczne

edytuj

Materiał ogniotrwały[1][7], o wysokiej twardości[8] (91 w skali Rockwella A)[9] i niskiej rezystywności[10] (1,5μΩ·m)[9].

Właściwości chemiczne

edytuj

Odporny na działanie zimnych kwasów, z wyjątkiem HNO
3; roztwarza się w gorących kwasach utleniających[11]. Utlenia się na wolnym powietrzu przy temperaturze 800 °C[11].

W wysokotemperaturowej reakcji VC z suchym chlorowodorem powstaje metan, wodór, węgiel, VCl2(inne języki) i VCl3(inne języki). Dokładny stosunek stężeń produktów zależy od temperatury i momentu przerwania reakcji[12].

Zastosowanie

edytuj

Metalurgia

edytuj

Jest dodatkiem (0,3–0,5%) do twardych stopów metali, ze względu na jego zdolność ograniczania wzrostu ziaren w procesie rekrystalizacji[3][7][8][11], w szczególności do węgliku spiekanego WC-Co[7][8][11]. Znajduje zastosowanie w powłokach ochronnych wyrobów stalowych (głównie narzędzi tnących), zwiększając twardość i wytrzymałość powierzchni, a także czyniąc je bardziej odpornymi na korozję[7][13][14].

Kataliza

edytuj

Węglik wanadu stosuje się również w katalizie[5].

Elektrody pokryte nanocząstkami VC wykazują wysoką wydajność i wytrzymałość w procesie elektrokatalitycznego wydzielania wodoru, zarówno w środowisku kwaśnym, jak i zasadowym[10][15][2]. Wodór jest wysokokalorycznym nośnikiem energii[10], stosowanym w ogniwach paliwowych, między innymi w samochodach i pociągach(inne języki). Produkcja wodoru z wody za pomocą elektrolizy pozwala na magazynowanie energii elektrycznej pochodzącej ze źródeł odnawialnych[16][17]. Węglik wanadu może być również stosowany jako materiał elektrodowy w ogniwach paliwowych do redukcji tlenu (ORR, ang. Oxygen reduction reaction)[18].

VC znajduje zastosowanie jako katalizator w reakcjach syntezy alkanów z alkoholi[19], przy rozkładzie amoniaku[20], w ogniwach słonecznych uczulanych barwnikiem oraz innych dziedzinach.[21]

Przypisy

edytuj
  1. ↑ a b c d e William M. Haynes, CRC Handbook of Chemistry and Physics, CRC Press, 2014, 4-98, ISBN 978-1-4822-0868-9 [dostęp 2024-10-28] (ang.).
  2. ↑ a b c Jing Wan i inni, First-principles study of vanadium carbides as electrocatalysts for hydrogen and oxygen evolution reactions, „RSC Advances”, 9 (64), 2019, s. 37467–37473, DOI: 10.1039/C9RA06539C, PMID: 35542271, PMCID: PMC9075541 [dostęp 2024-11-01] (ang.).
  3. ↑ a b c Günter Bauer i inni, Vanadium and Vanadium Compounds, [w:] Ullmann’s Encyclopedia of Industrial Chemistry, Weinheim: Wiley‐VCH, 2017, s. 17, DOI: 10.1002/14356007.a27_367.pub2 (ang.).
  4. ↑ Zaki I. Zaki i inni, Synthesis of Vanadium Carbide by Mechanical Activation Assisted Carbothermic Reduction, „Materials”, 13 (19), 2020, s. 4408, DOI: 10.3390/ma13194408, PMID: 33023271, PMCID: PMC7579465 [dostęp 2024-11-01] (ang.).
  5. ↑ a b Rajat Kapoor, S.T. Oyama, Synthesis of Vanadium Carbide by Temperature Programmed Reaction, „Journal of Solid State Chemistry”, 120 (2), 1995, s. 320–326, DOI: 10.1006/jssc.1995.1415 [dostęp 2024-11-01] (ang.).
  6. ↑ Mehmet Bugdayci i inni, A Comparative Study about Production of Va nadium Carbide via Self Propagating High Temperature Synthesis and Reduction, „Archives of Metallurgy and Materials”, 2024, s. 257–262, DOI: 10.24425/amm.2024.147816 [dostęp 2024-11-01] (ang.).
  7. ↑ a b c d Yu. L. Krutskii i inni, Carbides of Transition Metals: Properties, Application and Production. Review. Part 1. Titanium and Vanadium Carbides, „Steel in Translation”, 52 (5), 2022, s. 465–478, DOI: 10.3103/S0967091222050059 [dostęp 2024-11-01] (ang.).
  8. ↑ a b c Inorganic Solids, [w:] Karl Heinz Büchel, Hans‐Heinrich Moretto, Peter Woditsch, Industrial Inorganic Chemistry, wyd. 2, Wiley, 24 lutego 2000, s. 325-586 (patrz s. 488), DOI: 10.1002/9783527613328.ch05, ISBN 978-3-527-29849-5 (ang.).
  9. ↑ a b Vanadium Carbide, VC [online], MatWeb (ang.).
  10. ↑ a b c Lixia Guo i inni, Self‐Supported Vanadium Carbide by an Electropolymerization‐Assisted Method for Efficient Hydrogen Production, „ChemSusChem”, 13 (14), 2020, s. 3671–3678, DOI: 10.1002/cssc.202000769 [dostęp 2024-11-01] (ang.).
  11. ↑ a b c d Helmut Tulhoff i inni, Carbides, [w:] Ullmann’s Encyclopedia of Industrial Chemistry, Weinheim: Wiley‐VCH, 2017, s. 18, DOI: 10.1002/14356007.a05_061.pub2 (ang.).
  12. ↑ S.E. Oldham, P. Fishel, Some reactions of vanadium carbide, „Journal of the American Chemical Society”, 54 (9), 1932, s. 3610–3612, DOI: 10.1021/ja01348a015 [dostęp 2024-11-01] (ang.).
  13. ↑ Xiaoyan Wu i inni, Microstructure and mechanical properties of vanadium carbide coatings synthesized by reactive magnetron sputtering, „International Journal of Refractory Metals and Hard Materials”, 27 (3), 2009, s. 611–614, DOI: 10.1016/j.ijrmhm.2008.09.014 [dostęp 2024-11-01] (ang.).
  14. ↑ A. Borisova i inni, Vanadium carbide coatings: deposition process and properties, [w:] Proceedings of 15th International Plansee Seminar, Vol. 2, Reutte, Austria, 1 lipca 2001, s. 452–468 [dostęp 2024-11-01] (ang.).
  15. ↑ Xinyan Peng i inni, Vanadium carbide nanodots anchored on N. doped carbon nanosheets fabricated by spatially confined synthesis as a high-efficient electrocatalyst for hydrogen evolution reaction, „Journal of Power Sources”, 490, 2021, s. 229551, DOI: 10.1016/j.jpowsour.2021.229551 [dostęp 2024-11-01] (ang.).
  16. ↑ Use of hydrogen [online], U.S. Energy Information Administration (EIA) [dostęp 2024-10-29] (ang.).
  17. ↑ Tadeusz Chmielniak, Sebastian Lepszy, Paweł Mońka, Energetyka wodorowa - podstawowe problemy, „Polityka Energetyczna”, 20 (3), 2017, s. 55–66 [dostęp 2024-11-01].
  18. ↑ Jiemei Yu i inni, Electrocatalytic performance of commercial vanadium carbide for oxygen reduction reaction, „International Journal of Hydrogen Energy”, 41 (7), 2016, s. 4150–4158, DOI: 10.1016/j.ijhydene.2016.01.008 [dostęp 2024-11-01] (ang.).
  19. ↑ Rebecca L. Guenard i inni, Selective surface reactions of single crystal metal carbides: alkene production from short chain alcohols on titanium carbide and vanadium carbide, „Surface Science”, 515 (1), 2002, s. 103–116, DOI: 10.1016/S0039-6028(02)01818-6 [dostęp 2024-11-01] (ang.).
  20. ↑ Jeong-Gil Choi, Ammonia Decomposition over Vanadium Carbide Catalysts, „Journal of Catalysis”, 182 (1), 1999, s. 104–116, DOI: 10.1006/jcat.1998.2346 [dostęp 2024-11-01] (ang.).
  21. ↑ Jutao Jin i inni, Substrate-mediated growth of vanadium carbide with controllable structure as high performance electrocatalysts for dye-sensitized solar cells, „RSC Advances”, 7 (43), 2017, s. 26710–26716, DOI: 10.1039/C7RA00547D [dostęp 2024-11-01] (ang.).
Źródło: „https://pl.wikipedia.org/w/index.php?title=Węglik_wanadu&oldid=75881655”