三氧化钨在催化剂中具有多种重要作用，以下是一些主要方面：光催化作用
降解有机污染物：在紫外光或可见光照射下，三氧化钨能够产生电子 - 空穴对，这些电子 - 空穴对具有很强的氧化还原能力。空穴可以直接氧化吸附在其表面的有机污染物分子，将其分解为二氧化碳、水和其他小分子物质，从而实现对有机污染物的降解。例如，在处理工业废水中的染料、农药等有机污染物时，三氧化钨光催化剂表现出良好的降解效果。
光解水制氢：三氧化钨可以作为光解水制氢反应的催化剂，利用太阳光能将水分解为氢气和氧气。在这个过程中，光生电子和空穴分别参与还原和氧化反应，促使水的分解，为解决能源危机提供了一种潜在的清洁能源生产途径。
催化氧化反应
选择性氧化反应：三氧化钨在一些选择性氧化反应中表现出优异的催化性能。例如，在丙烯氧化制丙烯醛的反应中，三氧化钨可以选择性地将丙烯中的碳 - 碳双键氧化为醛基，生成丙烯醛，而减少其他副反应的发生，提高目标产物的选择性和收率。
汽车尾气净化：在汽车尾气处理中，三氧化钨常作为催化剂的活性组分或助剂。它可以促进一氧化碳（CO）、碳氢化合物（HC）和氮氧化物（NOx）等有害气体的氧化还原反应，将 CO 和 HC 氧化为二氧化碳和水，将 NOx 还原为氮气，从而有效降低汽车尾气对环境的污染。
催化加氢反应
芳香族化合物加氢：三氧化钨可以作为加氢反应的催化剂或催化剂载体，在芳香族化合物的加氢反应中发挥作用。例如，在萘加氢制十氢萘的反应中，负载型三氧化钨催化剂能够提高反应的活性和选择性，使萘在较温和的反应条件下高效地转化为十氢萘。
生物柴油生产：在生物柴油的生产过程中，三氧化钨催化剂可用于油脂的加氢脱氧反应，将油脂中的氧原子去除，生成生物柴油的主要成分脂肪酸甲酯或乙酯，提高生物柴油的质量和产量。
其他催化作用
催化合成反应：三氧化钨在一些有机合成反应中也有应用，如在酯交换反应中，它可以作为催化剂促进酯与醇之间的交换反应，生成新的酯类化合物，为精细化工领域的有机合成提供了一种有效的催化方法。
电催化作用：三氧化钨还具有电催化性能，在燃料电池、电解水等电化学过程中可作为电极材料或催化剂。例如，在质子交换膜燃料电池中，三氧化钨可以作为氧还原反应的催化剂，提高电池的性能和效率。

高纯三氧化钨之所以能在众多领域得到应用，主要归功于其以下几方面特性：
优异的电致变色性能： WO₃在外加电场作用下，能够发生可逆的颜色变化，这一特性使其在智能窗、显示器等领域具有广泛应用前景。
良好的光催化性能： WO₃是一种宽禁带半导体材料，在光照条件下能够产生光生电子和空穴，进而催化降解有机污染物，在环境治理领域潜力巨大。
较高的化学稳定性和热稳定性： WO₃在常温常压下性质稳定，耐酸碱腐蚀，高温下不易分解，这为其在苛刻环境下的应用提供了保障。
多样的形貌和结构可调性： 通过不同的制备方法，可以获得纳米线、纳米片、纳米花等不同形貌的WO₃，并可通过掺杂、复合等手段调控其电子结构和能带结构，从而优化其性能。