电致变色智能窗在较小的电压驱动下可实现对太阳光和热辐射的动态调控，是一项重要的建筑节能减排技术，对我国实现“碳达峰”、“碳中和”的双碳战略意义重大。随着人们对建筑节能和舒适性的关注日益增加，也对电致变色智能窗提出了新的要求，因此，满足中性着色和具有双波段调控的电致变色智能窗备受青睐。近日，我校材料与化学学院马董云、王金敏等在中性着色和双波段独立调控的电致变色材料与器件设计方面取得重要进展，相关成果发表在国际高水平期刊《纳米快报》(Nano Letters)和《先进科学》(Advanced Science)，均为中国科学院一区期刊。
绝大部分金属氧化物电致变色薄膜不能满足中性色调着色的条件。NiO虽然能够实现中性色调着色，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。通过引入其它元素来调控NiO的电子结构是改善NiO材料这一明显劣势的有效方法之一。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NiMoO4电致变色薄膜。由于Mo的高导电性和Ni的高化学活性使得NiMoO4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（在480 nm处为86.8%）、优异的循环稳定性（1500次循环后最大光学调制幅度保持率为99.4%）和良好的电化学储能特性（在0.3 mA·cm-2电流密度下的面积比电容可以达到38.9 mF·cm-2）。此外，研究团队还构建了基于NiMoO4电致变色薄膜的电致变色器件。这些结果使得NiMoO4薄膜成为替代NiO薄膜作为离子储存层的理想候选材料。相关研究成果以《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) (DOI: 10.1021/acs.nanolett.3c03270)。马董云老师为第一作者，王金敏教授为通讯作者，上海理工大学为唯一单位。
NiMoO4薄膜及器件的电化学和电致变色性能
传统电致变色材料与器件可实现对太阳光中的可见光或可见光与近红外光的双波段调控。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，目前仍存在着巨大挑战。为此，我校马董云、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。因此，该薄膜可在不同电压下呈现亮暖(Bright and Warm)、亮冷(Bright and Cool)和暗冷(Dark and Cool)三种模式。此外，由于独特的钨青铜结构，Ce4W9O33薄膜展现出较大的充放电容量和良好的倍率性能。
Ce4W9O33薄膜的电化学和电致变色性能
为了实现对可见光与近红外光的完全独立调控，将Ce4W9O33薄膜电极与金属锌和NiO薄膜电极构建了一种独特的三电极器件。通过单独控制Zn/Ce4W9O33电极和Zn/NiO电极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(Bright and Warm)、亮冷(Bright and Cool)、暗暖(Dark and Warm)和暗冷(Dark and Cool)四种独立模式。相关研究成果以《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) (DOI: 10.1002/advs.202307223)。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器件的结构及电致变色储能特性
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