摘要：WO3是一种过渡金属半导体，位于元素周期表第 6 周期 VI B 族，带隙约为2.6eV，有着非常丰富的物理化学性能，本文就WO3性质及应用作一个简要的综述，并展望其发展方向。
关键词：WO3，性质，应用
1引言
WO3是带隙约为2.6eV的过渡金属半导体，是一种重要的功能材料，因其优越的物理化学性能成为研究的热点。WO3位于元素周期表第 6 周期 VI B 族，在自然界以钨华或钨赭石矿物态存，在空气和氧气中煅烧钨酸或仲钨酸铵，可以得到三氧化钨。WO3的结构类似于ReO3的晶体，它的结构单元是钨离子位于八面体的中心，六个氧原子构成一个正八面体的顶点[1]。退火温度和退火时间以及掺杂都对WO3的晶相有很大的改变。WO3常见的晶系有单斜晶系，正交晶系，立方晶系和六方晶系。WO3因其优越的物理化学性能在传感器，光电器件，太阳能电池，光催化等领域都有广泛的应用。本文在前人研究的基础上就WO3的结构性质及应用作简要的概述。
2 性质及应用
WO3的密度为7.2~7.4 g/cm3，沸点1700~2000℃之间，高于800℃时显著升华，三氧化钨不溶于除氢氟酸以外所有的无机酸，但易溶于碱金属氢氧化物的水溶液和碱金属氢氧化物及碳酸盐的溶体中。水热法制备WO3的过程中很容易带上结晶水而得到WO3.nH2O，对其进行退火就能脱水得到WO3，很多科学家在上个世纪都对带结晶水的WO3进行过研究，发现其与WO3的性质并无不同。
2.1 气敏性能
WO3具有很好的气敏性能，是一种很好的气敏材料，利用这一性质，可以制作为气敏传感器。研究表明，氧化钨基气敏材料能准确检测出H2S，O3，NH3，NO2等，被认为最有前景的气敏材料之一。WO3纳米材料由于比较面积大，所以具有较强的吸附功能，当它与空气中的H2、NH3接触时，会发生如下反应[2]：
A+为H、Na等阳离子，当阳离子注入透明的WO3薄膜时， WO3的颜色由淡黄变为深蓝，AxWO3是含W5+的钨青铜。当阳离子抽出WO3薄膜时，薄膜又会变回原来的颜色。也就是W在W6+离子与W5+离子之间相互转换，使其着色和退色。除了电致变色以外，加热、光照等其他因素也可以使WO3发生变色。经研究发现，在紫外光照射下，表面颜色也会发生变化。WO3是一种典型的光致变色器件，利用这一原理可以合成许多新型的光致变色器件，可用于信息存储原件，装饰，防护包装材料等。WO3在紫外光照射下，光生空穴氧化薄膜内部或表面的还原物种，生成质子H+注入到的薄膜内部，使得WO3薄膜从透明变成蓝色 [4]。
2.3气致变色
利用WO3的气致变色功能可以作为建筑物的灵巧窗[5]。灵巧窗在夏天可以屏蔽太阳的过多的热量，使室内空调制冷效率提高；冬天可增加太阳光的透光率使得室内变暖。灵巧窗只需要在两层窗体中镀膜，在空气和氢气的驱动下就能改变窗体的颜色，其工艺简单，价格低廉，可以进行很好的推广。
2.3 光催化
随着我国城市化进程的加快和工业经济的发展，生活污水和工业废水的排放在不断增加，对自然水体资源造成了严重污染。近年来纳米材料被广泛运用于废水废气的处理，其原理是利用纳米材料的高比表面积和光催化性能。WO3带隙大约为为2.6eV，吸收太阳光谱的范围扩展到了可见光，因此大大提高了太阳光能的利用率。纳米结构的WO3因为其高的比表面积而具有较好的催化活性。此外，半导体复合纳米材料、多元掺杂也是提高三氧化钨的光催化活性的有效手段。
除上述性质和应用外，WO3在直接醇类燃料电池，锂电池，用于制备电阻元件，电子射线屏幕，在波吸收、压敏电阻方面也有被研究。同时，研究表明，WO3材料的制备方法及微结构对其性能也有很大的影响。
参考文献：
[1] H.D. Zheng, J.Z. Ou, M.S. Strano, R.B. Kaner, Nanostructured tungsten oxide properties,
synthesis, and applications [J]. Adv. Funct. Mater., 2011, (21): 2175-2196.
[2] C. Zhang, M. Debliquy, A. Boudiba, et al. Sensing properties of atmospheric plasma-sprayed
WO 3 coating for sub-ppm NO 2 detection [J]. Sensors and Actuators B, 2010, 144(1):280-288.
[3] 陈世文,吴广明,史继超等.纳米掺钯WO3薄膜及气致变色性能研究[J].纳米科技,2006,(3):13-16.
[4] 周研，张然，王东生等.水热法制备MO掺杂WO3纳米材料及其光致变色性质的研究[J].材料工程，2012(10):73-79
[5] 冯伟，吴广明，高国华. 光可控气致变色节能窗的应用研究[J]. 真空科学与技术学报.2012 (32):688-692.
基金项目：
重庆市基础与前沿研究计划（批准号：cstc2014jcyjA20020）资助的课题；
重庆市教委科学技术研究（批准号：KJ1401206）资助的课题；
教育部“春晖计划”合作科研项目（批准号：Z2014080）资助的课题；
校级项目（批准号：2013KYQD06）资助的课题。
论文作者:何晓宇
论文发表刊物:《科技中国》2016年7期
论文发表时间:2016/10/19
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