高活性纳米三氧化钨的制备表征及光催化分解水制氢研究(6)
xM+ + xe- +WO3 ←→ MxWl-xⅥ+WxV+O3 (M+=H+、Li+、Na+、Ag+等) （1-4）
向透明的WO3薄膜注入等H+、Li+正离子后变为蓝色。阴极电压导致M+和e-注入，与WⅥ+反应，部分还原为WV+；M+注入所形成的陷阱捕获的电子在相应的吹冰价和五价离子间振动，产生价键转换跃迁，出现致色及透射率的改变。加大阳极电压，使M+和e-同时抽出，五价离子又被氧化成吹冰价，色心消失，器件退色。
1.2.2 催化材料的应用
WO3是一种重要的催化活性材料。WO3有很好的催化性能，既可以做主催化剂又可以做辅助催化剂，WO3对许多反应具有高效选择性能。人们研究发现，纯WO3由于缺少金属的性质几乎没有催化，一般是将纯WO3部分还原或掺杂加入活性组分或进行改性等来提高其催化性能。
(1) WO3作为无机氧化物基质的涂层，以A12O3、TiO2、TiO2-Al2O3、ZrO2、SiO2等为基质[31]，其催化性能及本身的物理化学性质受到锻烧温度、制备方法等的影响，可用于加氢脱硫过程[32]、NOx的选择催化还原、烯烃的易位作用等反应。钨基催化剂的酸性能可应用于链烷烃的异构化，最重要的是正辛烷转化为汽油。近年来研究者将Pd、Pt、Ni等活性组分掺到WO3氧化物中并对WO3进行改性，可大大提高催化剂的反应活性和稳定性。C.Hoang-Van等[33]以Pt负载在超细WO3和MoO3上制得了Pt/WO3和Pt/MoO3催化剂用于丙烯醛加氢反应，催化剂活性比未负载Pt时高很多。
(2) 半导体具有许多特殊的性质，光催化剂是纳米半导体主要研究内容之一。这种纳米材料在光的照射下，通过把光能转变成化学能，促进有机物的合成或使有机物降解的过程称作光催化[1]。光催化是近20年来发展的新兴催化领域，目前很多不同的半导体材料被当作光催化剂，用于分解水制氢和氧。尽管氧化钨的光能转化效率不及TiO2的高，但高纯WO3制备工艺简单，在接近UV和发光区对光有强吸收性，在各种电解质中光照下可保持长时间的稳定，这些都引起人们对纳米WO3的关注。李芳柏等[34]采用溶胶一凝胶法制备的WO3/TiO2复合光催化剂比纯TiO2有更好的光催化活性。WO3的掺入阻碍了TiO2晶粒的变大，使锐钛矿相的TiO2比例增加，提高了催化活性。当掺入2wt%WO3时，光催化降解亚甲基蓝的活性最高。
1.2.3 气敏性应用
作为过渡金属的化合物，WO3新型材料除具有可逆电致变色以及良好的催化性能外，还对NOx、O3、O2、H2S、NH3等多种气体具有敏感性，故可用来制作气体传感器(以SnO2、TiO2、Fe2O3等掺杂)和气致变色器件，以应用于有毒气体的探测、医药行业和过程控制、环境监测等。
氧化钨基气敏传感器的最早报道始于1967年，当时美国人 Shaver P J[35]采用真空蒸发钨薄膜经600℃-700℃ 加热氧化制得了WO3薄膜，并用喷涂少量 Pt的方法来增强 WO3对 H2及含氢气体(如 N2H4、NH3和 H2S 等)的灵敏度，使气敏传感器的灵敏度显著提高，为半导体气敏传感器的实用化奠定了基础。
最近几年来，研究者们在研究 WO3基气敏传感器对某一种单一气体的敏感性能的同时，更加注重同时对多种气体气敏性能的研究。例如，Reyes L F等[36]采用先进反应气相沉积法制备了纯的和 Al、Au 掺杂的 WO3敏感膜，研究了其对 H2S、CO 和 NO2的敏感性能，结果表明，其对ppm 级以下浓度的 H2S和 NO2具有良好的敏感性。
1.3 本课题的选题依据和主要研究内容
作为过渡金属氧化物，WO3具有的多种性能，如电致变色性能、良好的催化性能及对多种气体的敏感性等，都使其在众多领域有广泛应用。颗粒尺寸为纳米量级( lnm-100nm)的纳米微粒，处于微观与宏观交界的过渡区域。当粒子尺寸进入纳米量级时，其本身具有体积效应、表面效应、宏观量子隧道效应和量子尺寸效应，从而在信息功能材料、催化、磁性材料、治理环境污染、水处理等方面都具有广阔的应用前景。因此，研制和开发高活性纳米WO3用于新材料的制备、应用，是很有潜力的一个方向。