氧化钨超细纳米线/类普鲁士蓝空心纳米结构互补型电致变色器件的制备与性能研究

Electrochromic smart window can tune indoor light and heat by changing its color, combining the effects of energy-saving and decoration. This proposal aims to synthesize crystalline WO3 ultrathin nanowires, hollow nanostructures of Prussian blue analogues to prepare all-crystalline complementary electrochromic device, to improve the stability, response rate, contrast, coloration efficiency, and make the device multi-colorable. By studying the controllable synthesis and film preparation of WO3 ultrathin nanowires and hollow nanostructures of Prussian blue analogues, to propose the capping mechanism of the used capping agent and the basic science for WO3 ultrathin nanowires; By systematically studying the intrinsic relationship of the size, crystallinity, film preparation of WO3 ultrathin nanowires and hollow nanostructures of Prussian blue analogues and the electrochromic properties of the device, to reveal the electrochemical and kinetic characteristics. By thus a study, the difficulties including the poor stability of amorphous inorganic electrochromic film, slow response rate of crystalline film and single color change will be solved; furthermore, it will provide scientific guidance for the preparation and application of high-performance electrochromic device.

电致变色智能窗通过本身颜色的变化来调节进入室内的光线与热量，从而实现节能与美化室内环境的完美结合。本项目旨在水热合成结晶的WO3超细纳米线、二次水热合成类普鲁士蓝空心纳米结构分别作阴、阳极电致变色材料，来制备全结晶互补型电致变色器件，以提高器件整体的稳定性、响应速度、对比度、着色效率等性能，并使器件变色多样化。通过研究WO3超细纳米线、类普鲁士蓝空心纳米结构的可控合成与薄膜制备，阐述包覆剂的包覆机理、揭示WO3纳米线超细化和类普鲁士蓝空心化的基本科学规律；通过系统研究WO3超细纳米线与类普鲁士蓝空心纳米结构的尺寸、结晶程度、薄膜制备工艺与器件电致变色性能之间的内在联系，揭示全结晶互补型电致变色器件的电化学、动力学特性。通过本项目的研究，将解决非晶无机电致变色薄膜稳定性差、结晶薄膜响应速度慢、颜色变化单一等问题，为高性能电致变色器件的制备与应用提供科学依据。

电致变色智能窗通过本身颜色的变化来调节进入室内的光线与热量，从而实现节能与美化室内环境的完美结合。. 采用水热法直接在透明导电基底上生长了(NH4)0.33WO3纳米结构薄膜，通过控制反应时间分别得到了(NH4)0.33WO3纳米带阵列和纳米带编织的蜂窝状结构。煅烧后水热产物由(NH4)0.33WO3转变成WO3。基于纳米带阵列和蜂窝状结构WO3的电致变色器件在700 nm处的光调制幅度分别为39.2%和51.6%；着色/褪色时间分别为9.6/16.5 s和5.7/4.2s；着色效率分别为38.6和79.2 cm2•C-1。通过简单、绿色的溶液法制备出超薄水合WO3纳米片，利用这种溶胶在酸性条件带正电的特性，采用低压电沉积方法制备出了三维类垂直结构水合WO3纳米片薄膜。这种薄膜的光调制幅度达到65.9 %，着色效率达到52.6 cm2/C。在透明导电玻璃上生长了氧化钨超细纳米线阵列，纳米线的直径大约为10 nm，所得电致变色器件分别在-1.7 V着色和1.5 V褪色，褪色态为无色，着色态为深蓝色。. 发现了一种基于普鲁士蓝薄膜的新型电致变色器件，不需使用外部电源，器件本身可自主变色，且可用作自充电电池，提出了自供电电致变色器件和自充电电池的反应机理。利用葡萄糖的还原性，采用水热法直接在透明导电玻璃上生长出与衬底结合牢固的结晶普鲁士蓝薄膜，所得电致变色器件的着色时间为2.4 s，褪色时间为1 s。通过旋涂有空心纳米球薄膜的透明导电玻璃为基底，采用电沉积法制备了普鲁士蓝薄膜，发现其电致变色性能优于没有旋涂空心纳米球所制备的薄膜。合成了普鲁士蓝及类普鲁士蓝的纳米块及空心纳米结构，制备了互补型电致变色器件，研究了它们的电致变色性能。. 通过本项目的研究，制备了多种电致变色薄膜和器件，研究了它们的电致变色性能，得到了高度稳定、快速变色和变色多样的电致变色器件；提出了所合成的纳米结构的生长机理，揭示了互补型电致变色器件的材料合成与性能关系之间的影响规律；相关研究结果为高性能电致变色器件的制备与应用提供了科学依据。