科研进展|铌钨氧化物新材料让电致变色器件更高效

电致变色器件通常由透明导电层-电致变色层-离子传导层-离子存储层-透明导电层的五层结构组成，其中电致变色层为整个器件的核心部件，电致变色层在充放电或者氧化还原的过程中可以发生着色态和褪色态间的颜色转变。传统的如WO₃、NiO等电致变色材料，表现出较长的响应时间，较低的光学调制和较差的循环稳定性。为提高电致变色的性能，人们采用过多种策略，但仍难满足人们的需求。

近日，物质学院刘巍课题组借鉴锂离子电池电极材料，采用溶胶凝胶法成功制备了新型电致变色材料—— 铌钨氧化物Nb₁₈W₁₆O₉₃。该材料为正交相，拥有稳定的三维网络结构，锂离子可以在此三维网络结构中实现快速稳定的插拔。与常用的电致变色材料WO₃和NiO相比，Nb₁₈W₁₆O₉₃具有更大的空位尺寸，便于锂离子的嵌入和脱出，其最终组装成的电致变色器件表现出更快的响应时间，着色时间和褪色时间可达到4.7秒和4.0秒。同时，由于可容纳大量锂离子，其呈现较大的光学调制。另外，在锂离子嵌入脱出过程中，材料结构的变化极其微小，表现出极好的电化学稳定性，在循环8000圈后，相对于第一圈光学调制接近80%。

如果把电致变色材料比作一个商场，电致变色过程中发生迁移的离子比作进出商场的人，离子迁移的位点比作商场的许多个门，那么相对于WO₃和NiO等传统材料而言，Nb₁₈W₁₆O₉₃的门更大，可以让人们更快进出，不易产生拥堵。而且这个商场大且坚固，大量人流的进出不会破坏商场的结构稳定性。

此项工作为设计具有快速响应时间和良好循环稳定性的电致变色材料提供了一种有效解决方案，为电致变色智能窗、防眩晕后视镜等新型电致变色器件的开发提供了新的选择。

图：Nb₁₈W₁₆O₉₃器件组装，应用及光学照片示意图。

该成果近期以“Niobium tungsten oxides for electrochromic devices with long-term stability”为题发表于国际知名学术期刊ACS nano。上海科技大学物质学院刘巍课题组2020级博士研究生吴聪为第一作者，刘巍、于奕教授为共同通讯作者，上海科技大学为第一完成单位。