氧化钨多晶体及其应用

氧化钨多晶体（WO_3-x）纳米材料由于其在自然界含量丰富、容易获得、高稳定性、非重合度和化学多样性，人们对其纳米材料产生了相当大的兴趣，并从传统的催化剂和电子学到新兴的人工智能都取得了许多进展。近期，青岛大学的一项研究介绍了WO_3-x多晶的最新进展及其多功能应用。

作为广泛存在于自然界的通用半导体，钨氧化物（WO_3-x，x≥0）及其衍生物已经被应用于智能窗、显示设备、气体传感器、光催化系统、光电开关、信息存储器等。WO_3-x是一种典型的ReO₃型过氧化物结构，具有非重合性、耐酸性、热稳定性和化学多样性等特点。与传统的同类产品相比，这种类型的半导体纳米结构呈现出更好的性能，因此，其利用率也越来越高。

由于氧化钨多晶体具有约2.5-2.8 eV的窄带隙，它具有良好的光敏性和电子传输特性。因此，它在光（电）催化剂、光致变色剂、光疗和光电子学方面引起了广泛关注。非重合度，即不同氧化态的存在，导致了对缺氧的WO_3-x（如W₁₈O₄₉、WO_2.83和WO_2.9）在电致变色、电致色、催化、气体传感等领域的深入研究。

晶格中原子排列的重新调整明显影响了费米级位置、带隙和载流子密度，这给WO_3-x材料带来了额外的物理化学优点。除了理想的稳定性和非重合度之外，WO_3-x的结构多样性及其晶体相变有利于小离子和电荷的传输，这在离子学和离子电子学中具有广阔的应用前景，如记忆体、电解液门控晶体管和超级电容器。此外，WO_3-x已经成为新型抗生素、太阳能电池和人工智能领域最有前途的候选材料之一。

人脑中的信息处理是高效而复杂的。当大量的电信号到达突触前神经元时，由于受到电压门控钙通道中Ca²⁺产生的刺激，足够的神经递质被释放到受体上。尽管智能计算机在处理信息和进行数值计算方面非常出色，但它们往往需要复杂的算法，并消耗足够的功率来执行这些智能任务。

因此，有必要构建仿真突触以实现高效的人工神经计算。WO₃是一种没有A位阳离子的伪过氧化物，由于没有位点阳离子，为离子的插入和提取提供了足够的间隙空间，因此成为人工突触装置的一种优秀模型材料。有研究人员利用WO₃外延膜，通过脉冲激光沉积法设计了一个电解门控晶体管结构，模拟生物突触的功能。

通过对栅极电压（VG）从0到1.0V，1.0到1.0V，再回到0V的扫描，通道传导在正栅极偏压下打开，在负栅极偏压下关闭，表明电解质门控的WO₃结构具有很强的监督能力。研究人员认为，WO₃膜的价态和电导率的变化与离子液体中被水污染的质子插入有关，因为栅极电流（IG）曲线在1.6V附近显示了一个小峰值。

此外还有研究人员报告了一种很有前途的方法，将掺杂钽的氧化钨（Ta-WO_x）和聚噻吩衍生物聚（PDCBT）结合起来用于过氧化物太阳能电池，这在不影响太阳能电池稳定性的情况下提高了最大功率效率。

随着科学和医学的发展，具有良好抗菌活性和生物相容性的氧化钨被认为是替代过度使用的传统抗生素的潜在候选者。尽管光动力疗法（PDT）和光热疗法（PTT）已被广泛使用，但恶性肿瘤不能被被这两种疗法完全消灭。因此，将PDT和PTT结合起来以提高抗肿瘤疗效是一个新的尝试。有研究人员利用多巴胺作为还原剂，通过溶热法合成了一种新型的多巴胺包覆氧化钨纳米点（WO_3-x/Dpa-Mel NPs）。

研究人员还利用化学共沉淀法制备了未掺杂和掺杂镍的WO₃纳米片，研究了掺杂镍对WO₃抗癌活性的影响。随着镍离子的掺入，颗粒保持了板状的形态。然而，随着镍离子的掺入，纳米板的厚度略有下降，5%的镍掺入的WO₃在降低MCF-7和Hep-2癌细胞的细胞活力百分比方面表现出优异的性能

由于独特的物理和化学特性，氧化钨多晶体已成为研究最广泛的功能性金属氧化物之一。在光催化的应用领域，具有低激发能量和高化学稳定性的WO₃光催化剂有望与传统的TiO₂相媲美。在不久的将来，有必要消除单一性能的限制。需要在高温下工作的基于WO₃的电阻式气体传感器不仅消耗高功率，而且寿命短。用其他能量代替高温来控制电荷转移和载流子浓度将实现气体传感器在室温下工作。

WO₃的优异性能也为医学上治疗疾病和消除癌症提供了无限可能。因此，需要对氧化钨多晶体材料的技术开发和性能改进进行更多研究。

• < 上页
• 下页 >