近日，我校材料與化學學院馬董云、王金敏等在電致變色智能窗領域取得最新進展，兩項成果分別發表在國際高水平期刊《納米快報》(Nano Letters)和《先進科學》(Advanced Science)上。
我國的建筑物大多數是高能耗建筑，熱量主要從窗戶進入室內。對此，研究者致力于研發能夠阻隔熱量的窗戶，他們通過給窗戶通幾伏的小電壓，讓窗戶的顏色變深，就能阻隔熱量，還能阻擋太陽光，設計出“電致變色智能窗”，它是由透明導玻璃、離子儲存層、電解質層、電致變色材料層、透明導電玻璃組成的，通過發生電化學反應，可實現對太陽光和熱輻射的動態調控，達到節能、調光等目的。作為一項重要的節能減排技術，它在建筑玻璃窗、汽車天窗、防眩后視鏡等領域有著廣泛的應用前景，對我國實現“碳達峰”、“碳中和”的雙碳戰略意義重大。
團隊在研究過程中發現，目前絕大部分金屬氧化物電致變色材料通電后著色態呈藍色，褪色態可達到無色透明，但藍色是冷色調，長時間面對會讓使用者產生憂郁情緒。而氧化鎳(NiO)通電后可以在棕黑色和淡黃色之間變化，棕色是一種中性色調，但其色中性不夠好，導致褪色態不能達到無色透明的完全褪色狀態。為此，馬董云、王金敏等通過溶劑熱法在導電玻璃基底上直接生長了一種新型的鉬酸鎳(NiMoO4)電致變色薄膜，具備優異的導電性和顯著的電化學儲能特性，可以實現從透明到深棕色的中性著色，并具有超大的光調制幅度、優異的循環穩定性和良好的電化學儲能特性。此外，研究團隊還構建了基于鉬酸鎳電致變色薄膜的電致變色器件。相關研究以“具有超大光調制幅度的鉬酸鎳電致變色儲能薄膜及器件”(Porous NiMoO4 Nanosheet Films and a Device with Ultralarge Optical Modulation for Electrochromic Energy-Storage Applications)為題發表在《納米快報》(Nano Letters) 上，馬董云老師為第一作者，王金敏教授與山東大學李海增教授為共同通訊作者，上海理工大學為第一通訊單位。
NiMoO4薄膜及器件的電致變色性能
此外，在研究過程中，團隊還有新的發現：為了滿足不同地域和季節的不同氣候條件及不同個體喜好，人們希望建筑物、汽車、飛機等居住或出行空間具備智能調光和隔熱的功能，這要求窗戶能夠對可見光與近紅外光進行有效的獨立調控，目前傳統電致變色智能窗仍不能滿足這一要求。為此，馬董云、王金敏等與山東大學李海增設計并制備了一種新型的雙金屬氧化物——鎢酸鈰(Ce4W9O33)薄膜，利用表面電容控制機制誘導的表面等離子體共振效應實現了對近紅外光的獨立調控。該薄膜可在不同電壓下呈現亮暖、亮冷和暗冷三種模式，而且展現出較大的充放電容量和良好的倍率性能。為了進一步實現對可見光與近紅外光的完全獨立調控，團隊將鎢酸鈰薄膜電極與金屬鋅和氧化鎳薄膜電極構建了一種獨特的三電極器件，實現了對可見光與近紅外光的完全獨立調控，該器件可在不同電壓下呈現亮暖、亮冷、暗暖和暗冷四種獨立模式。相關研究以“基于鎢酸鈰電極的具有四種控制模式的電致變色器件可實現可見光與近紅外光的智能調控”(Quadruple Control Electrochromic Devices Utilizing Ce4W9O33 electrodes for Visible and Near-Infrared Transmission Intelligent Modulation)為題發表在《先進科學》(Advanced Science)上 ，馬董云老師為第一作者，王金敏教授與山東大學李海增教授為共同通訊作者，上海理工大學為第一通訊單位。
Ce4W9O33/Zn/NiO器件的結構及工作原理
論文鏈接：
https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.3c03270
https://doi.org/10.1002/advs.202307223
供稿：材化學院
