中國(guó)粉體網(wǎng)訊  鎢屬于過(guò)渡金屬元素，在世界上擁有豐富的儲(chǔ)備資源。鎢基材料普遍的特點(diǎn)是固有密度高(>7g·cm^-3)，并且具有豐富的框架結(jié)構(gòu)，而且價(jià)格低廉、易得到，因此已經(jīng)被用于電化學(xué)、光催化及氣體感應(yīng)等領(lǐng)域。此外，由于鎢基材料作為鋰離子電池負(fù)極材料時(shí)，其理論比容量高，對(duì)環(huán)境污染小，因此鎢基材料近年來(lái)受到廣泛關(guān)注。

納米氧化鎢粉（圖片來(lái)源：上海超威納米科技有限公司）

氧化鎢的結(jié)構(gòu)及性質(zhì)

WO₃是一種過(guò)渡金屬氧化物，也是一種重要的n型半導(dǎo)體氧化物。WO₃晶體是由WO₆正八面體構(gòu)成，其中W原子在八面體中央，O原子位于六個(gè)角，根據(jù)WO6正八面體的傾斜角度和旋轉(zhuǎn)方向不同，形成了許多不同的晶體結(jié)構(gòu)，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(wěn)定的狀態(tài)。另外，六方氧化鎢（h-WO₃）是WO₃的另一個(gè)穩(wěn)定相。它也由WO₆八面體組成，但有六元環(huán)和三元環(huán)，它們?cè)赼b平面上共享赤道氧。WO₃在光催化、氣體傳感器、超級(jí)電容器、電致變色裝置中有著很好的應(yīng)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(wěn)定晶相

此外，在自然界實(shí)際存在的氧化鎢，氧缺位現(xiàn)象普遍存在，氧化鎢的原子比例無(wú)法按照嚴(yán)格化學(xué)計(jì)量比，有些存在五價(jià)和四價(jià)，所以一般把氧化鎢的分子式寫為WO_3-x(x=0～1)。WO₃的還原通常伴隨結(jié)構(gòu)的變化，非化學(xué)計(jì)量比的氧化鎢主要包括：W₂₀O₅₈、W₁₈O₄₉和W₂₄O₆₈。

氧化鎢的應(yīng)用

WO₃可以應(yīng)用在超級(jí)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(lǐng)域。WO₃越來(lái)越受到人們的重視，一些新的應(yīng)用領(lǐng)域也在不斷被開(kāi)發(fā)出來(lái)。

（1）電致變色的應(yīng)用

電致變色是對(duì)變色層施加外電壓時(shí)，電解液中的電解液離子插入到其中，此過(guò)程為著色過(guò)程；當(dāng)施加反向電壓時(shí)，鑲嵌到變色層的電解液離子脫嵌到電解液中，此過(guò)程為脫色過(guò)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(duì)比度，高穩(wěn)定性等優(yōu)勢(shì)。

（2）光催化領(lǐng)域的應(yīng)用

光催化領(lǐng)域主要包括光分解水制氫和有機(jī)物的降解。實(shí)現(xiàn)利用太陽(yáng)光分解水產(chǎn)生大量的氫氣，主要是尋找到性能優(yōu)異的催化劑。氧化鎢屬于小禁帶寬度半導(dǎo)體，在可見(jiàn)光小于500nm時(shí)表現(xiàn)出優(yōu)異的光催化性能，其轉(zhuǎn)化效率接近100%。納米WO₃在水解制氫領(lǐng)域需要和其他材料形成互補(bǔ)的能帶或者摻雜降低其能帶，從而達(dá)到WO₃有效的水解制備氫氣。另一方面，降解有機(jī)污染物，產(chǎn)生的電子空穴作用于污染物發(fā)生化學(xué)反應(yīng)降解為無(wú)污染的物質(zhì)。

（3）氣敏性的應(yīng)用

是指氣敏材料WO₃與氧化性氣體發(fā)生反應(yīng)改變WO₃材料的阻抗與光學(xué)特性。體系的溫度是WO₃的氣敏特性關(guān)鍵，WO₃的表面電子可以被氧化性氣體（O₃、NO₂和CO₂等）捕獲，導(dǎo)電性與吸附的分子成反比；然而，還原性氣體時(shí)，WO₃氣敏層的電導(dǎo)率會(huì)增加。

（4）鋰離子電池的應(yīng)用

WO₃材料應(yīng)用于鋰離子電池的報(bào)道雖然沒(méi)有傳統(tǒng)的過(guò)渡金屬氧化物，如Co₃O₄和Fe₃O₄等多，但是有關(guān)WO₃鋰離子電池負(fù)極材料的關(guān)注度越來(lái)越高，而且WO₃也展現(xiàn)了不錯(cuò)的電化學(xué)性能。這主要源于WO₃作為負(fù)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(duì)于其他過(guò)渡金屬氧化物來(lái)講，WO₃在鋰離子電池中作為負(fù)極材料還有許多優(yōu)點(diǎn)：鎢是最高價(jià)態(tài)，穩(wěn)定性好，安全性能高；WO₃是一種良性半導(dǎo)體，電導(dǎo)率較大，介電常數(shù)高；WO₃密度大(7.16gcm^-3)，體積比容量高。

Yang等人，以有機(jī)酸為原料，利用簡(jiǎn)單的水熱成功制備圓柱形和雙錐形層狀結(jié)構(gòu)h-WO₃體系。其中長(zhǎng)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(fù)極材料，其中初始比電容量高達(dá)1283.3mAhg^-1，其循環(huán)200周后，電容量保持到704.1mAhg^-1。該電極材料具有優(yōu)異的電化學(xué)性質(zhì)，主要與材料的多級(jí)結(jié)構(gòu)有關(guān)，可以促進(jìn)電解液滲透到材料的內(nèi)部，縮短Li+的擴(kuò)散距離；相互連接的納米線具有相當(dāng)好的機(jī)械穩(wěn)定性。

（5）超級(jí)電容器的應(yīng)用

超級(jí)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(yīng)用，因此需要開(kāi)發(fā)可代替的新型電極材料。目前氧化鎢具有物美價(jià)廉，氧化價(jià)態(tài)多，合適的晶體結(jié)構(gòu)、無(wú)毒和優(yōu)異的電化學(xué)穩(wěn)定性等優(yōu)勢(shì)。因此在超級(jí)電容器方面得到廣泛的研究。

參考來(lái)源：

1、童暉.多級(jí)結(jié)構(gòu)氧化鎢基負(fù)極材料的制備及儲(chǔ)鋰性能研究

2、賈金志.氧化鎢負(fù)極材料的制備及電化學(xué)性能的研究

3、方浩.氧化鎢基負(fù)極材料的可控制備及電化學(xué)性能研究

4、楊雪.鋰離子電池負(fù)極材料鎢酸鹽、三氧化鎢的合成及其電化學(xué)性能研究

（中國(guó)粉體網(wǎng)編輯整理/文正）

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