以多酸作为电致变色材料构筑光电致变色器件的研究

Photoelectrochromic device (PECD), a kind of promising bifunctional device which is the combination of the Dye-sensitized solar cell (DSSC) and electrochromic device, can be applied in the utilizing of solar energy and energy saving area. The quality of the electrochromic materials is one of the crucial parts of PECD. Nowadays, the transition metal oxide (TMO) and the organic polymer take the major parts of the electrochromic materials. But the disadvantages of the TMO-based films (e.g. complicated process to make a film, long response time, ect) and polymers-based films (e.g. inferior durability when exposed to UV light) limited their application in PECD. Therefore, search for new electrochromic materials which can be applied in PECD is an urgent and crucial work. Polyoxometalates (POMs) are a kind of inorganic material with diverse structure, high solubility, and stability. What’s more, some POMs molecules feature high electrochromic activity. In the previous studies, it turns out good ability of electrochromism when using electrodeposition method to make a POMs-based EC film. The performance of the DSSC can be enhanced after some POMs introduced to the photoanode, electrolyte or counter electrode. In this project, we plan to use the POMs as the electrochromic materials, and choose proper electrodeposition conditions to make an electrochromic film and then fabricate the PECDs. It not only promotes the POMs merging with the energy source area, but also provides a way to settle the serious problems of exploiting new energy and energy-saving.

光电致变色器件（PECD）是将染料敏化太阳能电池（DSSC）与电致变色器件巧妙结合到一起的双功能器件，其在利用太阳能和节能减排方面有巨大的应用前景。PECD中的电致变色材料是其关键部分之一。目前，应用于PECD的电致变色材料有过渡金属氧化物、有机高分子聚合物。过渡金属氧化物有制作工艺复杂、响应时间长等缺点；有机聚合物的耐久性差等缺点限制了其在PECD上的应用，因此寻找新的可应用于PECD的电致变色材料是亟待解决的问题。多酸是一类具有丰富结构的，良好的溶解性、稳定性和电致变色活性的无机材料。在前期的研究中发现，选择适当的条件利用电沉积方法制备的多酸薄膜电致变色性能优异，并且某些多酸在DSSC中可起到提高光电转化效率的作用。本课题拟采用多酸作为电致变色材料，选择合适的电沉积条件制备薄膜进而制作PECD，不仅可以促进多酸与能源材料领域的融合，还为解决开发新能源、节能降耗等重大问题提供了新的思路。

电致变色材料是一种在外加电压改变的时候可以改变其色彩的智能材料。多酸是一种可溶性的无机电致变色材料，其结构多样，可以控制合成。以TiO2作为固定多酸的载体，通过改变多酸的结构和组成，分别制备了1，2，3钒取代的Keggin结构和Linqvist结构同多酸的TiO2复合膜，并且研究了它们在不同电解质中的电致变色性能差异，通过调节电解质的成分控制多酸电致变色性能的强弱，首次将多酸-TiO2复合膜做成电致变色惰性的薄膜，成功的应用在以高分子为电致变色材料的电致变色-能量存储双功能器件的电荷对电极，在中性电解质条件下器件的能量密度有了显著的提升。以P2W17为电致变色材料，N719敏化的TiO2作为电池阳极制作了无需外界供电的光电致变色器件，这样可以实现最大化的节能，另外，多余的电量还可以对外供电。同时，还制作了电致变色-荧光开关双功能薄膜，借助共振能量转移利用多酸控制薄膜的荧光开关。通过本项目的实施，在制作双功能器件的同时，还探索了电解质，器件结构对整体性能的影响，为更好的理解多酸电致变色的行为做了基础性的研究。