2024年5月4日发(作者：)

水热法制备微纳结构氧化钨

氧化钨( WOx) 无机半导体材料因其独特的物理化学性质及在气敏、光催化、电致变

色、光致变色和场发射等领域的广泛应用，得到人们的普遍关注。近年来，研究者采用水

热法制备出多种不同尺寸和形貌的氧化钨半导体材料。本文结合水热法制备 WOx粉体方

面的最新工作，综述了近十年水热法制备微米及纳米级氧化钨粉体的研究进展，探讨了原

料、辅助试剂、

表面活性剂、反应时间、反应温度等条件对水热法制备氧化钨粉体材料的影响。

1.引言

氧化钨( WOx) 是一种多功能无机金属氧化物半导体材料。该材料具有良好的物理及

化学性质，如气敏、光催化、光致变色、电致变色、场发射等性能，在气敏传感器、光催

化剂、电致变色智能窗和光电化学设备等领域都具有良好的应用前景。与常规尺寸的 WOx

相比，纳米级材料展现出一些独特的性能，如小尺寸效应和量子隧道效应等，明显改善了

该材料的物理及化学性质，显著拓宽了该材料的应用空间。

迄今为止，多种物理及化学合成方法被用于纳米 WOx的制备，如物理气相沉积法、

化学气相沉积法，热蒸发法，溶胶-凝胶法，热注入法，水热法等。其中，水热法具有操作

简单，反应条件易控制，可获得多种特殊形貌的产物等优势，被研究人员广泛采用。目前，

水热法制备纳米级 WOx粉体的常见形貌有:纳米颗粒、纳米棒、纳米线、纳米带、纳米片

及各种 WOx分级 结 构。该 方 法 目 前 还 被 用 于 不 同 形 貌 的WOx纳米薄膜

的制备，如纳米片、纳米线和纳米树等。本文综述了水热法制备 WOx微米 /纳米粉体 的

研究进展，并对该领域的发展趋势进行了展望。文中 WOx包括 非化学计量比和化学计量

比的氧化钨及其水合物。

的结构特点

氧化钨分为化学计量比 WOx和非化学计量比WOx。其中，化学计量比 WOx以

WO3最为常见，其晶体结构是由 1 个钨原子和 6 个氧原子构成的正八面体单元共用顶

点排列而成。WO3具有多种晶型，如单斜( m-WO3) 、三斜( tr-WO3) 、正交( o-WO3)、

四方( te-WO3)、六方(h-WO3)等。据 报 道，单 斜、三斜、正交和六方晶型可在常温下

稳定存在。晶体的结构对 WO3的性能有一定影响，如六方晶型的氧化钨晶体结构中具有

较大的孔通道( 见图 1)，能够容纳阳离子( Li+、Na+和K+等) 转化为钨蓝，被认为是良

好的电致变色材料。WO3由钙钛矿型结构单元组成，该氧化物的晶格能够承受一定量的

氧缺陷，易于形成非化学计量比的WOx。该类氧化钨的晶体结构中存在 WO6结构单元

共用棱和面的情况。迄今为止，已报道的非化学计量比 WOx有: W18O49( WO2. 72)、

W5O14( WO2. 8)、W24O68( WO2. 83)和W20O58( WO2. 9)。其中，W18O49具有

最大氧缺陷 ( 其晶体结构见图2) ，是已知的唯一以纯态形式存在的非化学计量比WOx。

有关W18O49的制备和性能研究的报道相对较多。

近期的研究表明，该材料除了具有良好的气敏、变色和催化性能外，对红外光展现出

良好的吸收-热转化性能，该材料的弱还原性可将贵金属粒子在其表面原位生成金属颗粒。

对水合氧化钨( WO3·n H2O ) 的研究表明 ，该类化合物按结 晶 水 的 不 同 可 分 为

4 种: WO3·2H2O、WO3·H2O、WO3·0. 5H2O 和 WO3·0. 33H2O。其中，WO3·2H2O

的结构是由 1 个钨原子 、5 个氧原子和 1 个水分子配位组成的 WO5( H2O ) 结构单元

共用顶点组成的层状结构，第二个水分子被认为是夹在两 层 之 间。WO3·H2O 由 高 度

扭 曲 共 用 顶 点 的WO5( H2O) 结构 单元组成 。 有关WO3·0. 5H2O 晶体结构的

报道比较少，被广泛认可的是立方烧绿石型晶体结构: 水分子在由 6 个共用顶点的 WO6