近日，我校材料与化学学院王金敏、马董云等在电致变色智能窗领域取得最新进展，成果发表在国际高水平期刊《自然∙通讯》(Nature Communications)上。
为了满足居住的舒适度，室内照明、制冷/供暖和通风的需求日益增长，导致建筑能耗占到能耗总量的大约40%。窗户作为能源利用效率最低的部件之一，其节能化改造是建筑节能中的研究热点。电致变色智能窗能够在几伏的小电压下变色，从而可以动态调控太阳光和热的传输，是一项关键的节能减排技术，对我国实现“碳达峰”、“碳中和”的双碳战略意义重大。此外，电致变色智能窗应用于汽车天窗、高铁窗户和飞机舷窗，不仅可以实现交通工具内部的调光，还可以节能、隔热，已成为交通领域的研究热点。
通常，电致变色智能窗是通过离子在材料中的嵌入/脱出，伴随着电子的转移，来实现着色态和褪色态的切换。然而，现有的研究长期局限于“摇椅式”的阳离子（如H⁺、Li⁺、Zn2+）的嵌入/脱出机制，而忽视了阴离子的作用，导致相关机理不清晰。为此，研究人员首次证明了阴离子（F-、Cl-、Br-、SO42-）可以在普鲁士蓝薄膜中嵌入与脱出，并设计了基于普鲁士蓝和铌钨双金属氧化物（Nb18W16O93）的电致变色器件，其中Nb18W16O93的变色源于K+的嵌入与脱出。该研究首次揭示了Cl-嵌入主导的普鲁士蓝到普鲁士绿/普鲁士黄的变色机制，解决了电极电荷失衡难题。所设计的PB/ Nb18W16O93电致变色器件通过K+和Cl-的阴阳双离子共嵌入策略实现了多波段动态调控，器件同时具备全透、亮蓝、深蓝与绿色四种状态的可逆切换，并实现了6000次的优异循环稳定性，为下一代高性能电致变色智能窗的开发开辟了新路径。相关研究以“基于阴阳离子共嵌入的多波段调控电致变色智能窗”(Electrochromic smart windows with co-intercalation of cations and anions for multi band regulations)为题发表在《自然∙通讯》(Nature Communications)上，我校2020级硕士研究生孙佳伟为第一作者，王金敏教授、马董云副教授与南方科技大学温瑞涛研究员为共同通讯作者，上海理工大学为第一单位。
论文链接：
https://doi.org/10.1038/s41467-025-61854-3