研究三氧化钨气致变色结构

研究者发现在双注入模型的基础上，注入的电子在被氧空位捕捉后形成色心是引起材料变色的起源，但是经过研究发现注入的氢也会对材料的变色起作用。因此研究者们建立了结构水分子模型，且这通过热重质谱联合技术可证实在三氧化钨纳米线薄膜内存在结构水分子。而三氧化钨气致变色的水分子结构能很好的解释三氧化钨纳米线的着色过程。在WO₃纳米线薄膜内气致变色的着色过程可以描述为，吸附在Pt纳米颗粒表面的H₂分子被离化成为H原子，H原子通过溢出机制转移到了WO₃纳米线表面。

氢离子和电子双注入到WO₃晶格内，然后氢离子与晶格中的O形成结构水分子。该结构水分子在热扰动或者光照的情况下，容易脱落其原先的位置，导致氧空位的出现。该结构水分子在常温条件下依然留在晶格内部，并不会排出纳米线体外。另一方面，注入的电子填充到由氧空位的出现而引起的导带底局域态中，从而引起W价态的改变。（从W₅⁺变成W₆⁺）。

经实验发现，结构水分子能够较好的解释气致变色的着色过程，同样它也能解释气致变色的褪色过程。气致变色的着色和褪色过程是一个燃烧的放热过程，WO₃和Pt颗粒当催化剂的作用。其褪色过程的描述如下：当着色的纳米线在空气或者是氧气的条件下，吸附在表面的O₂分子同样在Pt纳米颗粒表面发生了离化和转移，转移到WO₃纳米线表面的O原子首先与吸附在表面的H反应形成羟基。

随着O原子的不断转移，O原子在纳米线表面通过捕获自由的电子形成O₂^-。随着纳米线内载流子浓度的减少，局域在氧空位附近施主能级上电子变得不稳定。当这些施主能级上的电子被吸附氧原子俘获并局域在纳米线表面时，与氧空位链接的W原子的价态会从W₅⁺重新变成W₆⁺，从而引起局域在附近的结构水分子的不稳定。最后，结构水分子分解成H⁺和O粒子。一方面，H⁺扩散到纳米线的表面与表面吸附的O离子结合形成水分子，吸附到空气中。另一方面，O离子填补了氧空位，使材料物质结构回复到了着色前的WO₃结构，完成了三氧化钨纳米线薄膜的褪色过程。

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