纳米wo3的研究进展

陈善民 田俐* 吴杰灵 刘强 杨明春 马云进(湖南科技大学材料科学与工程学院，湖南 湘潭 411201)

摘要：氧化钨(WO3)作为重要的n型半导体，具有较大的禁带宽度范围(2.4～3.2eV)，其优越的物理性能、化学性质引起了人们极大的研究兴趣。WO3在光催化、气体传感器等领域中都非常有潜力，文章主要对WO3的结构简述、制备方法行了总结，并对其目前的应用研究进行了具体分析和展望。关键词：WO3；制备方法；应用领域

0 引言

三氧化钨(WO3)是有氧元素和过渡金属元素钨所组成的化合物，一般情况下，WO3为浅黄色粉末状晶体，不溶于水和除HF外的无机酸，能溶于热浓NaOH溶液和NH3·H2O生成可溶性的钨酸盐。同时WO3是一种n型窄禁带宽度的半导体材料，其禁带宽度一般为2.5～2.8eV。WO3具有多种不同的晶型，常见有以下四种：单斜、正交、立方以及六方晶，制备时的实验条件不同，会得到不同晶型，常见的影响条件有pH、结构导向剂、反应温度。人们制备的纳米WO3，常见形貌有纳米线、纳米棒、纳米片、纳米花等等。

掺有Fe的WO3介孔空心纳米球具有类似形态的介孔空心纳米球，实验结果表明，基于Fe-WO3的气体传感器表现出出色的低ppb级(10ppb)NO2检测性能和出色的选择性。

2.2 电致变色器件

电致变色是材料的光学属性(反射率、透过率、吸收率等)在外加电场的作用下发生稳定、可逆的颜色变化的现象，在外观上表现为颜色和透明度的可逆变化。变色材料有可以分为有机材料和无机材料，无机电致变色材料的典型代表是三氧化钨，D.Zhou等[3]通过硫酸盐辅助水热法制备了Mo掺杂的WO3纳米线阵列。与纯WO3相比，优化的Mo掺杂WO3纳米线阵列具有改善的电致变色性能，具有快速切换速度，显着的光学调制和优异的循环稳定性。Anamika V.Kadam等[4]使用水热法成功制备了在氧化铟锡(ITO)涂覆的玻璃基板均匀生长的氧化钨该器件在可见光区域具有平均光学调制，(WO3)纳米棒(NRs)。

快速的EC响应时间(着色为1.2µs，脱色为1.5µs)，出色的着色效率(243µcm2 C-1)和出色的EC稳定性

1 WO3的制备方法

不同的制备方法可能都会产生具有独特的形貌、尺寸分布和微观结构特征的相应产物，而特定的形貌结构会对其性能产生一定的影响。WO3的制备方法很多，可以大致归纳为物理气相沉积、化学气相沉积、溶胶凝胶法、电化学法和水热法等。如表1所示，目前，研究者们已经通过多种制备方法合成了不同形貌的WO3，下面主要是对WO3制备方法进行归纳总结。

表1 纳米WO3合成方法的研究

产品形貌纳米球状纳米线阵列纳米薄膜核壳纳米球纳米片纳米线纳米花

合成方法水热法溶胶凝胶法电化学法原位合成法水热法固相法水热法

尺寸/nm边长100～300直径90～100厚度10直径25～50厚度20～100 直径～15 直径 10～20

原料K2SO4Na2WO4

(NH4)2SO4,Na2WO4

W,NH4FDBSA,APS,WCl6CH3CH2OH,WCl6Na2WO4，C2H5NO2Na2WO4，(NH4)2SO4

2.3 光解水制氢

半导体材料光解水制氢的基本原理：半导体材料在受到能量相当于或高于催化剂半导体的禁带宽度的光辐照时，晶体内的电子受激从价带跃迁到导带，在导带和价带分别形成自由电子和空穴，水在这种电子-空穴对的作用下发生电离，生成H2。因为WO3具有合适的带隙吸收可见光和良好的稳定性等优点，在光解水制氢领域受到了广泛的关注。Muhammad等[5]通过简实便水热法合成了可见光驱动的石墨烯-WO3(WG)光催化剂。WG复合材料具有出色的光催验结果表明，与原始WO3相比，化性能，将石墨烯掺入WO3中可防止电子-空穴复合并促进用这项研究为环境和能源应用的新型光于H2放出的还原反应。

催化剂的制备提供了新的视角。李凌凤等[6]发展了一种简单的它具有较高的光电催电化学阳极氧化法多空纳米WO3薄膜，

化活性和稳定性(高光电转换效率和空穴分离效率)。

2 三氧化钨的应用

因为WO3具有优异的物理和化学性能，在很多领域具有广泛的应用，比如气体传感器、电致变色器件、光解水制氢、光致变色、超级电容器、光催化等领域。

2.4 光催化降解有机污染物

纺织工业的染料废水是废水中的主要污染物，也是造成严重环境问题的主要原因。光催化降解作为一种先进的氧化技术，具备高降解率，利用太阳能节约能源，无二次污染等优点，通常认为是解决此问题的最可持续的方法由于其独特的优势。WO3半导体光催化剂由于其在环境修复和太阳能转换方面的潜在应用而引起了全世界的极大兴趣。Changlin Yu等[7]通过水热煅烧工艺合成了一系列不同Ag/W摩尔比的AgCl/WO3复合微棒。有机染料降解的光催化试验表明，AgCl/WO3微棒比裸

2.1 气体传感器

广义的说，传感器(Transducer或Sensor)是一种能把物理量或化学量转变成便于利用的电信号的器件或装置。S. Poongodi等在室温下通过无模板的简便电沉积方法合成了WO3纳米薄片阵列膜。此外，WO3纳米薄片阵列膜用于检测H2S气体，该膜显示出出色的响应。Ziyue Zhang等[2]通过简便的方法合成的

76 | 2020年05月露的AgCl和WO3具有更高的光催化活性和稳定性，染料分解效率是AgCl/WO3微棒的2～5倍。Jasminder Singh等[8]通过湿化学工艺成功制备了一种新型的珊瑚状WO3/g-C3N4纳米复合材料，该光催化剂可用于在可见光源下去除要的工业染料重亚甲基蓝(MB)以及间苯二酚亮红色X-3BS。。

石墨烯的开采与应用

崔雪健 刘恩彤 康熠琳 杨奕欣 龙晓莹

(哈尔滨商业大学，黑龙江 哈尔滨 150000)

摘要：开发石墨烯新型产业，商业前景光明。但是其开采技术难度大，应用技术较为繁琐，为现今面临的一大难题。如何能物尽其值最大化的应用是研究的主要问题，研究主要涉及石墨烯的开采技术，应有领域和现状分析三方面来进行研究。文章以黑龙江鸡西石墨烯矿产地为例，展开对石墨烯的研究。关键词：石墨烯电池；汽车与应用技术；石墨烯芯片

3 结语

目前对于纳米三氧化钨的研究已经越来越多，但是对于某些领域的应用还处于初级阶段。相信在众多学者的努力下，更多高性能、新结构、多用途的纳米三氧化钨将被开发出来。在实

际应用中WO3还存在诸多需要改进的地方。可以通过离子掺杂、贵金属沉积、碳质材料复合和异质结复合材料等方法，来控制WO3形貌和提高催化剂性能。

1 石墨烯的提取与合成

1.1 固相法

根据碳源物相及合成环境，其中，固相法包括机械剥离法和SiC外延法。利用碳元素的伸缩特性，使胶带机械剥离高定向热解石墨(虽可以获得高质量石墨烯，但该方法效率低且成本高)，所以一般不会在工业生产中采用。

参考文献：

[1] S. Poongodi, P. S. Kumar, D. Mangalaraj, et al.J. ALLOY. COMPD, 2017: 719.

[2] Z. Zhang, M. Haq, Z. Wen, et al. APPL. SURF. SCI, 2018: 434.

[3] D. Zhou, F. Shi, D. Xie, et al. J. COLLOID INTERF. SCI, 2016: 465.

[4] A. V. Kadam, N. Y. Bhosale, S. B. Patil, et al. THIN SOLID FILMS, 2019: 673.

[5] M. B. Tahir, G. Nabi, N. R. Khalid. MAT. SCI. SEMICON. PROC, 2018: 84.

[6] 李凌凤，赵小龙，潘东来， 等.催化学报，2017, 38: 2132.[7] F. Zheng, C. Xi, J. Xu, et al. J. ALLOY. COMPD, 2019: 772.[8] J. Singh, A. Arora, S. Basu. J. ALLOY. COMPD, 2019: 808.

作者简介：陈善民(1995-)，男，汉族，硕士，单位：湖南科技大学材料科学与工程学院，新能源储存与转换先进材料湖南省重点实验室，精细聚合物可控制备及功能应用湖南省重点实验室，高温耐磨材料及制备技术湖南省国防科技重点实验室，研究方向为材料微结构与功能。

基金项目：国家自然科学基金(No. 51202066)，教育部新世纪优秀人才支持计划项目(No. NCET-13-0784)。

1.2 液相法

氧化还原法是一种常见的液相法制备石墨烯材料的方法，该方法成本低、产量高，但产物有缺陷。它是通过其在水溶液的条件下，利用其溶解性使其在稀有气体的保护下利用催化剂分离，这里用了一定的氧化还原反应，除了氧化还原放应外，也可以采用石墨烯溶解于有机溶液例如苯，酮的物质也可以分离一定的的石墨烯薄膜。

1.3 化学气相沉积法

主要用于制备石墨烯薄膜，高温下甲烷等气体在金属衬底表面催化裂解沉积然后形成石墨烯，化学气相沉积法的优点在于可以生长大面积、高质量、均匀性好的石墨烯薄膜。但缺点是成本高工艺复杂存在转移的难题，并且生长出来的一般是多晶体。

2 石墨烯的性能

石墨烯具有优良的物理性能，如：良好的导电性能，极好的强度和透光性，等。

上接第57页(文章题目:釜残液焚烧处置方案)参考文献：

[1]杨立轩，黄晓杰.从垃圾“无处安放”到“变废为宝”[N].南方日报，2018-06-21.

[2]邱威胜.煤炭节能减排系统[P]. CN: 201521039923. 4，2015-12-13.

[3]于胜磊. 98m陶瓷磨具自动烧成隧道窑的研制[J].工业炉，2016.

[4]秦延照.成雅高速公路信息管理系统[D].四川：电子科技大学，2001.

作者简介：王新军(1971-)，男，汉族，山东东营人，工程师，本科，主要从事有机化工原料的生产。

2.1 电学性能

石墨烯的电学性能受其六边形层状对称性影响。在翻转对称的石墨烯超晶格中可以观察到拓扑电流。其拓扑电流促使电子的反转，使得其电子可以自由地移动，从而实现导电性，并且这种导电性耗能极少，这也使的电流能最大化的输出而不损耗，并且其性价比很高的缘故使得可以成为新型控电材料。说到半导体，就不能不提到硅元素，其中硅的电子价态与石墨烯的碳类似，但是因为石墨烯价电子比较稳定而且也比较简单，并且其电子的电能因为其独特的性质不会被损耗，所以石墨烯的导电性要优于其他半导体的产品。

2.2 光学性能

石墨烯的透光度(T)和反射率(R)由公式T≡(1+2πG/c)-2 和R≡0.25π2α2T 进行计算获得，其中G=e2/4?石墨烯透明导电膜对于包括中远红外线在内的所有红外线的高透明性，是转

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