Mechanism of Reductive Fluorination by PTFE-Decomposition Fluorocarbon Gases for WO3

四氟乙烯 化学 氟碳化合物 聚四氟乙烯 含氟聚合物 分解 反应机理 六氟丙酮 二氟卡宾 氧化物 红外光谱学 有机化学 聚合物 催化作用 共聚物
作者
Hiroki Yamamoto,Kohei Tada,Jinkwang Hwang,Daigorou Hirai,Zenji Hiroi,Kazuhiko Matsumoto,Rika Hagiwara
出处
期刊:Inorganic Chemistry [American Chemical Society]
卷期号:62 (5): 2116-2127 被引量:6
标识
DOI:10.1021/acs.inorgchem.2c03761
摘要

Reductive fluorination, which entails the substitution of O2- from oxide compounds with F- from fluoropolymers, is considered a practical approach for preparing transition-metal oxyfluorides. However, the current understanding of the fundamental reaction paths remains limited due to the analytical complexities posed by high-temperature reactions in glassware. Therefore, to expand this knowledgebase, this study investigates the reaction mechanisms behind the reductive fluorination of WO3 using polytetrafluoroethylene (PTFE) in an Ni reactor. Here, we explore varied reaction conditions (temperature, duration, and F/W ratio) to suppress the formation of carbon byproducts, minimize the dissipation of fluorine-containing tungsten (VI) compounds, and achieve a high fluorine content. The gas-solid reaction paths are analyzed using infrared spectroscopy, which revealed tetrafluoroethylene (C2F4), hexafluoropropene (C3F6), and iso-octafluoroisobutene (i-C4F8) to be the reactive components in the PTFE-decomposition gas during the reactions with WO3 at 500 °C. CO2 and CO are further identified as gaseous byproducts of the reaction evincing that the reaction is prompted by difluorocarbene (:CF2) formed after the cleavage of C═C bonds in i-C4F8, C3F6, and C2F4 upon contact with the WO3 surface. The solid-solid reaction path is established through a reaction between WO3 and WO3-xFx where solid-state diffusion of O2- and F- is discerned at 500 °C.
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