近日，我校材料与化学学院马董云、王金敏等在电致变色智能窗领域取得最新进展，两项成果分别发表在国际高水平期刊《纳米快报》(Nano Letters)和《先进科学》(Advanced Science)上。
我国的建筑物大多数是高能耗建筑，热量主要从窗户进入室内。对此，研究者致力于研发能够阻隔热量的窗户，他们通过给窗户通几伏的小电压，让窗户的颜色变深，就能阻隔热量，还能阻挡太阳光，设计出“电致变色智能窗”，它是由透明导玻璃、离子储存层、电解质层、电致变色材料层、透明导电玻璃组成的，通过发生电化学反应，可实现对太阳光和热辐射的动态调控，达到节能、调光等目的。作为一项重要的节能减排技术，它在建筑玻璃窗、汽车天窗、防眩后视镜等领域有着广泛的应用前景，对我国实现“碳达峰”、“碳中和”的双碳战略意义重大。
团队在研究过程中发现，目前绝大部分金属氧化物电致变色材料通电后着色态呈蓝色，褪色态可达到无色透明，但蓝色是冷色调，长时间面对会让使用者产生忧郁情绪。而氧化镍(NiO)通电后可以在棕黑色和淡黄色之间变化，棕色是一种中性色调，但其色中性不够好，导致褪色态不能达到无色透明的完全褪色状态。为此，马董云、王金敏等通过溶剂热法在导电玻璃基底上直接生长了一种新型的钼酸镍(NiMoO4)电致变色薄膜，具备优异的导电性和显著的电化学储能特性，可以实现从透明到深棕色的中性着色，并具有超大的光调制幅度、优异的循环稳定性和良好的电化学储能特性。此外，研究团队还构建了基于钼酸镍电致变色薄膜的电致变色器件。相关研究以“具有超大光调制幅度的钼酸镍电致变色储能薄膜及器件”(Porous NiMoO4 Nanosheet Films and a Device with Ultralarge Optical Modulation for Electrochromic Energy-Storage Applications)为题发表在《纳米快报》(Nano Letters) 上，马董云老师为第一作者，王金敏教授与山东大学李海增教授为共同通讯作者，上海理工大学为第一通讯单位。
NiMoO4薄膜及器件的电致变色性能
此外，在研究过程中，团队还有新的发现：为了满足不同地域和季节的不同气候条件及不同个体喜好，人们希望建筑物、汽车、飞机等居住或出行空间具备智能调光和隔热的功能，这要求窗户能够对可见光与近红外光进行有效的独立调控，目前传统电致变色智能窗仍不能满足这一要求。为此，马董云、王金敏等与山东大学李海增设计并制备了一种新型的双金属氧化物——钨酸铈(Ce4W9O33)薄膜，利用表面电容控制机制诱导的表面等离子体共振效应实现了对近红外光的独立调控。该薄膜可在不同电压下呈现亮暖、亮冷和暗冷三种模式，而且展现出较大的充放电容量和良好的倍率性能。为了进一步实现对可见光与近红外光的完全独立调控，团队将钨酸铈薄膜电极与金属锌和氧化镍薄膜电极构建了一种独特的三电极器件，实现了对可见光与近红外光的完全独立调控，该器件可在不同电压下呈现亮暖、亮冷、暗暖和暗冷四种独立模式。相关研究以“基于钨酸铈电极的具有四种控制模式的电致变色器件可实现可见光与近红外光的智能调控”(Quadruple Control Electrochromic Devices Utilizing Ce4W9O33 electrodes for Visible and Near-Infrared Transmission Intelligent Modulation)为题发表在《先进科学》(Advanced Science)上 ，马董云老师为第一作者，王金敏教授与山东大学李海增教授为共同通讯作者，上海理工大学为第一通讯单位。
Ce4W9O33/Zn/NiO器件的结构及工作原理
论文链接：
https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.3c03270
https://doi.org/10.1002/advs.202307223
供稿：材化学院
