多钨酸盐修饰二氧化钛纳米线薄膜的制备与电致变色性能研究

Recently, titanium dioxide has received more attention due to its peculiar properties such as chemical stability, environ-mentally friendly and being low cost. However, TiO2-based films still show drawbacks in terms of their practical application for electrochromic devices. For example, low optical contrast, switching kinetics and coloration efficiency remain as disadvantages in the fabrication of real devices. In this project, we will design and synthesis of TiO2 nanowire by means of TiO2 crystal structure and surface morphology, and we will fabricate the composite film containing TiO2 nanowire and polyoxotungstate. The electrochromic properties of polyoxotungstate-modified TiO2 nanowire film will be regulated by means of material proportion and microstructure. In addition, X-ray photoelectron spectroscopy, cyclic voltammetry and AC impedance will be chosen to evaluate the electron, ion mobility, interfacial charge transfer, reaction kinetics and mechanism. The successful implementation of this project will further develop practical for electrochromic devices to provide scientific data and reliable theoretical basis.

近年来，TiO2作为一种无机电致变色材料，因其物理化学性质稳定、无毒害、成本低等优点而受到了广泛的关注。但是，实际应用时TiO2还面临着一些问题比如光反差较低、响应时间较慢、着色效率较低以及稳定性较差等。本项目从TiO2的晶体结构和表面形貌等角度入手，设计合成TiO2纳米线材料；选择优异的多钨酸盐材料，将其修饰TiO2纳米线得到复合材料，通过调节材料比例及微结构，从而达到调控电致变色性能的目的；试图利用X射线光电子能谱、循环伏安、交流阻抗等手段考察电子、离子迁移，界面电荷转移以及反应动力学，探究变色过程的机理。本项目的成功实施将为进一步开发可实际用于的电致变色器件提供可靠的科学数据和理论基础。

本项目采用水热法合成了一系列的TiO2纳米线，根据纳米线的形貌和电化学性能，筛选出用于构筑复合材料的TiO2纳米线；利用交替沉积等技术制备了多钨酸盐修饰TiO2纳米线的复合材料，探讨了复合膜的氧化还原过程，考察了变色过程中离子的迁移情况，研究了复合膜的光反差、响应时间及着色效率等电致变色性能。这种复合结构解决了TiO2材料的光反差较低、响应时间较慢以及着色效率较低等难题，为进一步开发可实际应用的电致变色器件提供可靠的科学依据和理论基础。主要的研究内容和结果如下：.1、采用水热技术，通过控制反应条件制备了一系列的TiO2纳米线材料，研究了纳米线的形貌和电化学性能。通过分析纳米线的结构与电致变色性能的关系，确定了TiO2纳米线的最佳制备条件。在TiO2纳米线的基础上，选取TiO2纳米粒子作为辅助材料，构筑了纳米粒子和纳米线的复合材料。.2、利用交替沉积、电沉积等方法，将不同结构（Keggin、Dawson和Preyssler型）的多钨酸盐与TiO2纳米线构筑成复合膜，考察了复合材料的膜结构、形貌及氧化还原性能。研究结果表明，复合膜可以显著提高材料的光反差、响应时间、着色效率及稳定性等电致变色性能。.3、利用三电极系统，参考多钨酸盐/WO3复合膜的变色机制，研究了多钨酸盐/TiO2复合膜的电致变色过程。探讨了复合膜结构对光反差和响应时间的影响；考察在不同电解质下，复合材料的电化学和电致变色性能。研究发现，复合膜表现出更大的峰电流以及真实电极面积，能够支持更多离子的注入和抽取过程。而且，当采用酸性水溶液和非水溶液两种电解质，复合材料的电化学和电致变色性能呈现出明显差异。