河南大学蔡国发等：一种用于大面积智能窗具有超大光学调制的电致变色磷酸镍薄膜
河南大学蔡国发等：一种用于大面积智能窗具有超大光学调制的电致变色磷酸镍薄膜
nanomicroletters
Nano-Micro Letters 是上海交通大学主办的英文学术期刊，主要报道纳米/微米尺度相关的最新高水平科研成果与评论文章及快讯，在 Springer 开放获取（open-access）出版。可免费获取全文，欢迎关注和投稿。
点击蓝字 关注我们
研究背景
镍基电致变色材料因其电子导电性低，反应位点不足，其光学调制能力仍然不能满足智能窗市场的需求。本文首次提出并论证了一种过渡金属磷酸盐电致变色薄膜，通过提升材料的电化学活性，实现了离子在电极中的高效脱嵌。最终，该高透过率(接近100%)的磷酸镍薄膜展现出90.8%的光学调制和75.4 cm²C⁻¹的着色效率，同时还实现了100 cm²智能窗的集成。
https://doi.org/10.1007/s40820-022-01002-4
本文亮点
2. 获得的磷酸镍薄膜实现了一个 90.8%的超大光学调制 ，并利用原位和非原位技术系统的阐明了 电致变色机制 。
内容简介
镍基电致变色材料因其电子电导率低，反应位点不足，其光学调制能力仍然不能满足智能窗市场的需求。 河南大学蔡国发教授联合许昌学院高远浩教授 首次提出并论证了一种由金属-氧六面体和磷-氧四面体构成的层状过渡金属磷酸盐电致变色薄膜，其中配位的HPO₄²⁻作为捕获位点，在提升OH⁻的吸附能力的同时，增加了反应活性位点，因此实现离子在电极材料中的高效注入/脱出。最终，该高透过率(接近100%)的磷酸镍薄膜展现出90.8%的光学调制和75.4 cm²C⁻¹的着色效率。另外，集成的100 cm²的智能窗实现了调节太阳辐射和保护隐私的功能，同时也可以作为电源为电子设备供能。
图文导读
I 磷酸镍薄膜的制备与表征
图1. (a)三电极体系中通过循环伏安法在-1.2~0.2 V (vs. Ag⁺/Ag)内以20 mV s⁻¹电沉积磷酸镍薄膜的示意图；(b)10×10 cm²的磷酸镍薄膜和三个不同位置的透过光谱；(c)在FTO基底上磷酸镍的SEM图像；(d)TEM和SEAD图像，以及(e)断面SEM；(f)磷酸镍的XPS光谱，(g) Ni 2p，(h) P 2p，和(i) O 1s光谱 。
I I 磷酸镍薄膜的电致变色和储能性质
图2. 磷酸镍薄膜的电化学和电致变色性能。(a)在1M KOH电解液中10 mV s⁻¹的CV曲线和500 nm波长下的原位响应光谱；(b)在300-800 nm波长下着色态(0.7 V vs. Ag⁺/Ag)和褪色(0 V vs. Ag⁺/Ag)态的光学透过率曲线，插图为着色和褪色态的数码照片；(c)通过施加持续30秒的0和0.7 V(vs. Ag⁺/Ag)的交变电位，记录了电流密度和500 nm波长处对应的原位响应光谱；(d)500 nm波长下的着色效率；(e)光学调制、着色效率和透过率与其他镍基电致变色材料对比的直方图。
图3.(a)磷酸镍薄膜在0~0.7 V(vs. Ag⁺/Ag)的电势窗口下，以5~15 mV s⁻¹的扫速测试的CV曲线；(b)通过CV测试，根据log(v)和log(A)之间的关系计算b值；(c)0.4 A g⁻¹下的充放电曲线和500 nm波长下的原位光谱响应；(d)光学调制和比容量作为电流密度的函数 。
II I 磷酸镍薄膜的电致变色机制分析
图4. (a)在1 M KOH中，扫速为10 mV s⁻¹时的CV曲线和500 nm 处的原位响应光谱；(b)对应于CV曲线的原位Raman信号演变和(c)色阶图；(d)着色态和褪色态的非原位FTIR光谱及其(e)局部放大图像。
图5. 电致变色储能器件的电致变色和能量存储性能。(a)半固态器件的结构；(b)在300~800 nm波长范围内，着色和褪色态的透过率光谱；(c)着色效率；(d)100 cm²的智能窗在初始、着色和褪色态的数码照片；(e)智能窗驱动数字表的演示，插图为未充电状态。
作者简介
本文通讯作者
(1)微纳米结构材料的形貌控制；(2)功能性配合物材料的构筑；(3)有机无机复合纳米材料；(4)电致变色纳米薄膜。
▍ 主要研究成果
河南省高校科技创新人才，应用化学河南省重点学科学术技术带头人，“微纳米能量储存与转换材料”河南省重点实验室学术委员会委员。近年来，在《J. Am. Chem. Soc.》、《Cryst. Growth Des.》、《Chem. Phy. Lett.》、《Nano-Micro Lett.》《J. Mater. Chem. C》等国际著名核心期刊发表SCI、EI收录学术论文50余篇，被SCIE论文引用超过200次。主持河南省“低维特色功能材料”科技创新团队1个；主持完成河南省高校科技创新人才计划项目1项、河南省科技厅项目3项；主持完成国家自然科学基金面上项目1项，参与完成国家自然科学基金项目3项。
▍ Email： gyh-
本文通讯作者
▍ 主要研究成果
国家优秀青年基金获得者，河南省特聘教授，河南省教育厅学术技术带头人、感光学会电致变色专业委员会青年工作组副组长、青年理事，荣获国际信息显示学会SID授予“YOUNG LEADER”及国际先进材料协会(IAAM)“青年科学家奖(IAAM Young Scientist Medal)。蔡国发教授现工作于河南大学材料学院、特种功能材料教育部重点实验室，高效照明与显示国家地方联合工程研究中心。主要研究方向为电致变色纳米材料与大尺寸多功能器件，以第一(通讯)作者在《Sci. Adv.》、《Adv. Energy Mater.》、《ACS Energy Lett.》、《Nano Energy》、《Acc. Chem. Res.》等期刊发表SCI论文33篇(共55篇)。ESI高被引论文6篇，论文他引5700余次，最高他引次数为700余次。主持国家自然科学基金3项，授权国际国内发明专利6件。
▍ Email： caiguofa@henu.edu.cn
关于我们
Tel: 021-34207624
扫描上方 二维码 关注我们
点击 阅读原文 / 扫描上方小程序码 在免费获取英文原文