中國粉體網訊 鎢屬于過渡金屬元素，在世界上擁有豐富的儲備資源。鎢基材料普遍的特點是固有密度高(>7g·cm-3)，并且具有豐富的框架結構，而且價格低廉、易得到，因此已經被用于電化學、光催化及氣體感應等領域。此外，由于鎢基材料作為鋰離子電池負極材料時，其理論比容量高，對環境污染小，因此鎢基材料近年來受到廣泛關注。
納米氧化鎢粉（圖片來源：上海超威納米科技有限公司）
氧化鎢的結構及性質
WO3是一種過渡金屬氧化物，也是一種重要的n型半導體氧化物。WO3晶體是由WO6正八面體構成，其中W原子在八面體中央，O原子位于六個角，根據WO6正八面體的傾斜角度和旋轉方向不同，形成了許多不同的晶體結構，如：立方相(ReO3型)、單斜相Ⅰ型(ε-WO3)、單斜相Ⅱ型(γ-WO3)、三斜相(δ-WO3)、正交相(β-WO3)和四方相(α-WO3)。其中，γ-WO3是室溫下最穩定的狀態。另外，六方氧化鎢（h-WO3）是WO3的另一個穩定相。它也由WO6八面體組成，但有六元環和三元環，它們在ab平面上共享赤道氧。WO3在光催化、氣體傳感器、超級電容器、電致變色裝置中有著很好的應用，在鋰離子電池電極材料方面的研究也在日益提升。
不同溫度下的氧化鎢的穩定晶相
此外，在自然界實際存在的氧化鎢，氧缺位現象普遍存在，氧化鎢的原子比例無法按照嚴格化學計量比，有些存在五價和四價，所以一般把氧化鎢的分子式寫為WO3-x(x=0～1)。WO3的還原通常伴隨結構的變化，非化學計量比的氧化鎢主要包括：W20O58、W18O49和W24O68。
氧化鎢的應用
WO3可以應用在超級電容器、電致變色、鋰離子電池、氣體傳感器、光電催化、光催化等領域。WO3越來越受到人們的重視，一些新的應用領域也在不斷被開發出來。
（1）電致變色的應用
電致變色是對變色層施加外電壓時，電解液中的電解液離子插入到其中，此過程為著色過程；當施加反向電壓時，鑲嵌到變色層的電解液離子脫嵌到電解液中，此過程為脫色過程。WO3基的電致變色器件主要用于智能窗和電致變色顯示屏，具有低能耗，高對比度，高穩定性等優勢。
（2）光催化領域的應用
光催化領域主要包括光分解水制氫和有機物的降解。實現利用太陽光分解水產生大量的氫氣，主要是尋找到性能優異的催化劑。氧化鎢屬于小禁帶寬度半導體，在可見光小于500nm時表現出優異的光催化性能，其轉化效率接近100%。納米WO3在水解制氫領域需要和其他材料形成互補的能帶或者摻雜降低其能帶，從而達到WO3有效的水解制備氫氣。另一方面，降解有機污染物，產生的電子空穴作用于污染物發生化學反應降解為無污染的物質。
（3）氣敏性的應用
是指氣敏材料WO3與氧化性氣體發生反應改變WO3材料的阻抗與光學特性。體系的溫度是WO3的氣敏特性關鍵，WO3的表面電子可以被氧化性氣體（O3、NO2和CO2等）捕獲，導電性與吸附的分子成反比；然而，還原性氣體時，WO3氣敏層的電導率會增加。
（4）鋰離子電池的應用
WO3材料應用于鋰離子電池的報道雖然沒有傳統的過渡金屬氧化物，如Co3O4和Fe3O4等多，但是有關WO3鋰離子電池負極材料的關注度越來越高，而且WO3也展現了不錯的電化學性能。這主要源于WO3作為負極材料，其理論比容量為693mAhg-1，比石墨高很多，且成本較低。而且相對于其他過渡金屬氧化物來講，WO3在鋰離子電池中作為負極材料還有許多優點：鎢是最高價態，穩定性好，安全性能高；WO3是一種良性半導體，電導率較大，介電常數高；WO3密度大(7.16gcm-3)，體積比容量高。
Yang等人，以有機酸為原料，利用簡單的水熱成功制備圓柱形和雙錐形層狀結構h-WO3體系。其中長度大約3μm，主要由單一的納米線組成，其中納米線的直徑大約20nm。合成的納米材料作為鋰離子電池的負極材料，其中初始比電容量高達1283.3mAhg-1，其循環200周后，電容量保持到704.1mAhg-1。該電極材料具有優異的電化學性質，主要與材料的多級結構有關，可以促進電解液滲透到材料的內部，縮短Li+的擴散距離；相互連接的納米線具有相當好的機械穩定性。
（5）超級電容器的應用
超級電容器最理想的電極材料是RuO2，但是釕金屬昂貴、有毒等因素限制其廣泛的應用，因此需要開發可代替的新型電極材料。目前氧化鎢具有物美價廉，氧化價態多，合適的晶體結構、無毒和優異的電化學穩定性等優勢。因此在超級電容器方面得到廣泛的研究。
參考來源：
1、童暉.多級結構氧化鎢基負極材料的制備及儲鋰性能研究
2、賈金志.氧化鎢負極材料的制備及電化學性能的研究
3、方浩.氧化鎢基負極材料的可控制備及電化學性能研究
4、楊雪.鋰離子電池負極材料鎢酸鹽、三氧化鎢的合成及其電化學性能研究
（中國粉體網編輯整理/文正）
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