氧化鎢多晶體及其應用

氧化鎢多晶體（WO_3-x）納米材料由於其在自然界含量豐富、容易獲得、高穩定性、非重合度和化學多樣性，人們對其納米材料產生了相當大的興趣，並從傳統的催化劑和電子學到新興的人工智慧都取得了許多進展。近期，青島大學的一項研究介紹了WO_3-x多晶的最新進展及其多功能應用。

作為廣泛存在於自然界的通用半導體，鎢氧化物（WO_3-x，x≥0）及其衍生物已經被應用于智慧窗、顯示裝置、氣體感測器、光催化系統、光電開關、資訊記憶體等。WO_3-x是一種典型的ReO₃型過氧化物結構，具有非重合性、耐酸性、熱穩定性和化學多樣性等特點。與傳統的同類產品相比，這種類型的半導體納米結構呈現出更好的性能，因此，其利用率也越來越高。

由於氧化鎢多晶體具有約2.5-2.8 eV的窄帶隙，它具有良好的光敏性和電子傳輸特性。因此，它在光（電）催化劑、光致變色劑、光療和光電子學方面引起了廣泛關注。非重合度，即不同氧化態的存在，導致了對缺氧的WO_3-x（如W₁₈O₄₉、WO_2.83和WO_2.9）在電致變色、電致色、催化、氣體傳感等領域的深入研究。

晶格中原子排列的重新調整明顯影響了費米級位置、帶隙和載流子密度，這給WO_3-x材料帶來了額外的物理化學優點。除了理想的穩定性和非重合度之外，WO_3-x的結構多樣性及其晶體相變有利於小離子和電荷的傳輸，這在離子學和離子電子學中具有廣闊的應用前景，如記憶體、電解液門控電晶體和超級電容器。此外，WO_3-x已經成為新型抗生素、太陽能電池和人工智慧領域最有前途的候選材料之一。

人腦中的資訊處理是高效而複雜的。當大量的電信號到達突觸前神經元時，由於受到電壓門控鈣通道中Ca²⁺產生的刺激，足夠的神經遞質被釋放到受體上。儘管智慧電腦在處理資訊和進行數值計算方面非常出色，但它們往往需要複雜的演算法，並消耗足夠的功率來執行這些智慧任務。

因此，有必要構建模擬突觸以實現高效的人工神經計算。WO₃是一種沒有A位陽離子的偽過氧化物，由於沒有位點陽離子，為離子的插入和提取提供了足夠的間隙空間，因此成為人工突觸裝置的一種優秀模型材料。有研究人員利用WO₃外延膜，通過脈衝鐳射沉積法設計了一個電解門控電晶體結構，類比生物突觸的功能。

通過對柵極電壓（VG）從0到1.0V，1.0到1.0V，再回到0V的掃描，通道傳導在正柵極偏壓下打開，在負柵極偏壓下關閉，表明電解質門控的WO₃結構具有很強的監督能力。研究人員認為，WO₃膜的價態和電導率的變化與離子液體中被水污染的質子插入有關，因為柵極電流（IG）曲線在1.6V附近顯示了一個小峰值。

此外還有研究人員報告了一種很有前途的方法，將摻雜鉭的氧化鎢（Ta-WO_x）和聚噻吩衍生物聚（PDCBT）結合起來用於過氧化物太陽能電池，這在不影響太陽能電池穩定性的情況下提高了最大功率效率。

隨著科學和醫學的發展，具有良好抗菌活性和生物相容性的氧化鎢被認為是替代過度使用的傳統抗生素的潛在候選者。儘管光動力療法（PDT）和光熱療法（PTT）已被廣泛使用，但惡性腫瘤不能被被這兩種療法完全消滅。因此，將PDT和PTT結合起來以提高抗腫瘤療效是一個新的嘗試。有研究人員利用多巴胺作為還原劑，通過溶熱法合成了一種新型的多巴胺包覆氧化鎢納米點（WO_3-x/Dpa-Mel NPs）。

研究人員還利用化學共沉澱法製備了未摻雜和摻雜鎳的WO₃納米片，研究了摻雜鎳對WO₃抗癌活性的影響。隨著鎳離子的摻入，顆粒保持了板狀的形態。然而，隨著鎳離子的摻入，納米板的厚度略有下降，5%的鎳摻入的WO₃在降低MCF-7和Hep-2癌細胞的細胞活力百分比方面表現出優異的性能

由於獨特的物理和化學特性，氧化鎢多晶體已成為研究最廣泛的功能性金屬氧化物之一。在光催化的應用領域，具有低激發能量和高化學穩定性的WO₃光催化劑有望與傳統的TiO₂相媲美。在不久的將來，有必要消除單一性能的限制。需要在高溫下工作的基於WO₃的電阻式氣體感測器不僅消耗高功率，而且壽命短。用其他能量代替高溫來控制電荷轉移和載流子濃度將實現氣體感測器在室溫下工作。

WO₃的優異性能也為醫學上治療疾病和消除癌症提供了無限可能。因此，需要對氧化鎢多晶體材料的技術開發和性能改進進行更多研究。

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