近日，我校材料與化學(xué)學(xué)院馬董云、王金敏等在電致變色智能窗領(lǐng)域取得最新進(jìn)展，兩項(xiàng)成果分別發(fā)表在國(guó)際高水平期刊《納米快報(bào)》(Nano Letters)和《先進(jìn)科學(xué)》(Advanced Science)上。
我國(guó)的建筑物大多數(shù)是高能耗建筑，熱量主要從窗戶進(jìn)入室內(nèi)。對(duì)此，研究者致力于研發(fā)能夠阻隔熱量的窗戶，他們通過(guò)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(yáng)光，設(shè)計(jì)出“電致變色智能窗”，它是由透明導(dǎo)玻璃、離子儲(chǔ)存層、電解質(zhì)層、電致變色材料層、透明導(dǎo)電玻璃組成的，通過(guò)發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)，可實(shí)現(xiàn)對(duì)太陽(yáng)光和熱輻射的動(dòng)態(tài)調(diào)控，達(dá)到節(jié)能、調(diào)光等目的。作為一項(xiàng)重要的節(jié)能減排技術(shù)，它在建筑玻璃窗、汽車天窗、防眩后視鏡等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景，對(duì)我國(guó)實(shí)現(xiàn)“碳達(dá)峰”、“碳中和”的雙碳戰(zhàn)略意義重大。
團(tuán)隊(duì)在研究過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，目前絕大部分金屬氧化物電致變色材料通電后著色態(tài)呈藍(lán)色，褪色態(tài)可達(dá)到無(wú)色透明，但藍(lán)色是冷色調(diào)，長(zhǎng)時(shí)間面對(duì)會(huì)讓使用者產(chǎn)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(diào)，但其色中性不夠好，導(dǎo)致褪色態(tài)不能達(dá)到無(wú)色透明的完全褪色狀態(tài)。為此，馬董云、王金敏等通過(guò)溶劑熱法在導(dǎo)電玻璃基底上直接生長(zhǎng)了一種新型的鉬酸鎳(NiMoO4)電致變色薄膜，具備優(yōu)異的導(dǎo)電性和顯著的電化學(xué)儲(chǔ)能特性，可以實(shí)現(xiàn)從透明到深棕色的中性著色，并具有超大的光調(diào)制幅度、優(yōu)異的循環(huán)穩(wěn)定性和良好的電化學(xué)儲(chǔ)能特性。此外，研究團(tuán)隊(duì)還構(gòu)建了基于鉬酸鎳電致變色薄膜的電致變色器件。相關(guān)研究以“具有超大光調(diào)制幅度的鉬酸鎳電致變色儲(chǔ)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(fā)表在《納米快報(bào)》(Nano Letters) 上，馬董云老師為第一作者，王金敏教授與山東大學(xué)李海增教授為共同通訊作者，上海理工大學(xué)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(guò)程中，團(tuán)隊(duì)還有新的發(fā)現(xiàn)：為了滿足不同地域和季節(jié)的不同氣候條件及不同個(gè)體喜好，人們希望建筑物、汽車、飛機(jī)等居住或出行空間具備智能調(diào)光和隔熱的功能，這要求窗戶能夠?qū)梢?jiàn)光與近紅外光進(jìn)行有效的獨(dú)立調(diào)控，目前傳統(tǒng)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(xué)李海增設(shè)計(jì)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(jī)制誘導(dǎo)的表面等離子體共振效應(yīng)實(shí)現(xiàn)了對(duì)近紅外光的獨(dú)立調(diào)控。該薄膜可在不同電壓下呈現(xiàn)亮暖、亮冷和暗冷三種模式，而且展現(xiàn)出較大的充放電容量和良好的倍率性能。為了進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)對(duì)可見(jiàn)光與近紅外光的完全獨(dú)立調(diào)控，團(tuán)隊(duì)將鎢酸鈰薄膜電極與金屬鋅和氧化鎳薄膜電極構(gòu)建了一種獨(dú)特的三電極器件，實(shí)現(xiàn)了對(duì)可見(jiàn)光與近紅外光的完全獨(dú)立調(diào)控，該器件可在不同電壓下呈現(xiàn)亮暖、亮冷、暗暖和暗冷四種獨(dú)立模式。相關(guān)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(shí)現(xiàn)可見(jiàn)光與近紅外光的智能調(diào)控”(Quadruple Control Electrochromic Devices Utilizing Ce4W9O33 electrodes for Visible and Near-Infrared Transmission Intelligent Modulation)為題發(fā)表在《先進(jìn)科學(xué)》(Advanced Science)上 ，馬董云老師為第一作者，王金敏教授與山東大學(xué)李海增教授為共同通訊作者，上海理工大學(xué)為第一通訊單位。
Ce4W9O33/Zn/NiO器件的結(jié)構(gòu)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(xué)院
