三氧化钨纳米薄膜材料

三氧化钨是一种n型半导体材料，其禁带宽度较窄（2.4-2.8eV），能够响应可见光，并且具有与TiO₂光催化剂相似的特点，即稳定、无毒、耐光蚀、成本低且价带电势高、光生空穴氧化能力强等特点。

三氧化钨薄膜具有光电催化性能和传感性能，能够用于光电催化降解有机物、光电催化分解水产氢和pH、CH₄、NO₂传感器等。然而三氧化钨薄膜的微观结构决定着三氧化钨薄膜的光电催化性能和传感性能以及使用寿命。现有的三氧化钨纳米薄膜的制备方法主要是通过水热合成法。

然而在现有水热化学制备方法中，由于基底采用导电玻璃，导电玻 璃与WO₃之间为不同元素物质之间的结合，属于非自然结合，相互间结合力差，特别是当受 到机械外力作用时，或者当环境温度发生变化时，因材料膨胀系数不同，会导致内应力发生 变化，从而使得WO₃与导电玻璃基体间发生开裂或断裂，甚至造成WO3薄膜与导电玻璃基底的剥离。

对此，有学者采用一种与基底具有同种元素自然结合的钨基 三氧化钨（W/WO₃）纳米薄膜材料，其催化活性或传感性能高且性能稳定。其主要方式如下：

将打磨和清洗干净的钨片晾干后，置入马弗炉，控制温度在550℃煅烧30min，在金属钨表面形成一层WO₃细小颗粒作为后续晶体生长的晶种；将附有WO₃晶种的钨片浸入水热化学反应体系，水热反应体系含有体积分数为10%分子量为300的聚乙二醇作为晶体生长导向剂和浓度为0.03mol/L的钨酸钠溶液作为晶体生长的材料，反应容器内壁为聚四氟乙烯材料，将反应溶液用盐酸调节pH值至2.0，控制水热反应温度为180℃，反应时间2h，即可完成三氧化钨在基底钨表面的定向生长；将钨基三氧化钨反应产物取出，用蒸馏水反复浸泡以去除产物表面的残留物，然后晾干，置入马弗炉，在550℃煅烧180min即可得到具有纳米片阵列结构的单斜晶相W/WO₃薄膜材料，单个纳米片的厚度为70nm左右，高度为4μm左右，其典型的扫描电 镜（SEM）形貌见附图1B。该材料可以作为光阳极用于光电催化降解有机污染物和光电催化分解水制氢。

通过所述方法制备的钨基三氧化钨纳米薄膜材料，其金属钨基底与三氧化钨晶种、 晶体之间为同一元素之间的结合，属于自然结合，同时采用晶体生长导向剂控制生长，能够 形成整齐有序，比表面积大、性能优异的薄膜材料，可广泛应用于光催化、光电催化、COD传感器、pH传感器和气体传感器等领域。

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