▲第一作者：赵思名
通讯作者：张如范
通讯单位：清华大学化工系
论文DOI：
https://doi.org/10.1021/acsanm.3c02567
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全文速览
通过三氧化钨（WO3）纳米阵列的修饰，制备了具有一维多孔结构的普鲁士蓝（PB）薄膜，由于这样的微观结构为电化学过程中的离子嵌入脱出所产生的晶格应力提供了释放空间，以及PB与WO3间具有较强的电子相互作用，PB的循环稳定性大大提升。并且WO3可以在较小的电压下对近红外波段的太阳辐射进行调控，因此PB@WO3复合薄膜在PB的变色电压下，依旧呈现出较好的双波段调控性能。
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背景介绍
目前，建筑能耗占总体社会能源消耗的30%-40%，超过了交通运输和工业发展所消耗的能源占比。窗户是建筑室内外能量交换的主要载体，主要通过热辐射的方式，实现室内外的热交换，造成室内大幅度的温度变化，是建筑节能化中不能忽视的重要一环。而传统透明玻璃窗户因其静态的本质属性已不能满足当今人们对照明和制冷/暖的双重要求，被认为是目前的建筑单元中最不节能的一环。新一代电致变色智能窗可以在低电压变化下提供可见光的透过率调控，同时实现对近红外区域的辐射的调控，从减少建筑相关的能耗，提高建筑的能源利用效率和增强室内空间的美观性。其中发挥主要作用的双波段电致变色材料，在近年来也受到了越来越多研究者的关注。
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研究出发点
采用纳米结构设计的策略，通过一维多孔的纳米结构的构建，增强PB本身的电化学稳定性。同时，异质结的构建增强了PB与WO3的电子相互作用，进一步增强复合薄膜的电化学稳定性，使得到的PB@WO3复合薄膜可在1000次循环后，电流密度没有发生明显变化。并且一维多孔的微观结构以及电子间的相互作用也提高了复合薄膜的响应时间、着色效率等电致变色性能。
通过适宜的电致变色材料复合，在保证普鲁士蓝本身的多色彩变化下，提供了双波段调控性能，在1200 nm以及1800 nm的光学调制率最高可达到60.55%和67.18%。
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图文解析
利用水热法以及电化学沉积法的复合，合成了一维多孔的PB@WO3纳米阵列薄膜，并通过SEM、EDX-Mapping、HRTEM等手段证明其纳米结构的制备成功。
通过XRD、FTIR、Raman等手段，证明了PB@WO3复合薄膜的成功制备，并通过XPS证明了复合薄膜中氧缺陷的存在，以及通过UV-Vis吸收谱及数据分析确定了复合薄膜中的光子能量变化。为双波段性能的提升以及响应时间等电致变色性能的提升提供了理论依据。
电化学测试表明PB@WO3薄膜具有良好的电化学活性、响应速度以及电化学稳定性。
通过UV-Vis分光光度计测试可以得知PB@WO3复合薄膜具有良好的双波段调控能力。这是基于在低电压下PB本身基于离子嵌入脱出所产生的可见光响应以及WO3中电子激发的近红外波段的调制，两者所产生的协同效应。
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总结与展望
通过结构设计以及材料复合两种策略的协同应用，使得PB@WO3复合材料具有较长的循环稳定性、较短的响应时间、丰富的颜色变化以及较强的双波段调控性能，具有实际应用于双波段电致变色智能窗的潜力。并且证明纳米结构设计与材料复合化策略对于制备高性能功能纳米材料具有重要意义。
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参考文献
课题组电致变色相关文献：
Single tungsten atoms modified porous V2O5 nanoflowers with enhanced electrochromic performance, Cell Reports Physical Science, 2023
Novel self-assembled porous yolk-shell NiO nanospheres with excellent electrochromic performance for smart windows, Particuology, 2024
Oxygen-deficient tungsten oxide nanoflowers for dynamically tunable near-infrared light transmittance of smart windows, Nano Research, 2023
Dual-band electrochromic materials for energy-saving smart windows, Carbon Neutralization, 2022
A Facile Strategy To Construct Au@VxO2x+1 Nanoflowers as a Multicolor Electrochromic Material for Adaptive Camouflage, Nano Letters, 2022
3D Pine-Needle-Like W18O49/TiO2Heterostructures as Dual-Band Electrochromic Materials with Ultrafast Response and Excellent Stability, Advanced Optical Materials, 2022
Electrochromic Materials Based on Ions Insertion and Extraction, Advanced Optical Materials，2022
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通讯作者介绍
张如范，清华大学化工系教研系列副教授、特别研究员、博士生导师、国家高层次人才计划入选者、中国颗粒学会青年理事、中国化学会奖励推荐委员会委员、中国微米纳米技术学会青年工作委员会委员、中国能源学会专家委员会委员，Carbon Energy、SusMat、Exploration、Particuology及Carbon Neutralization青年编委。主要从事纳米碳材料以及功能纳米材料的可控制备与性能表征及应用等方面的研究，在Science、Nature Nanotechnology、Nature Sustainability、Nature Communications、Science Advances、Chemical Society Reviews、Accounts of Chemical Research、Advanced Materials、Journal of American Chemical Society、Nano Letters、ACS Nano等期刊发表论文100多篇。申请发明专利15项；撰写学术专著6部。曾获侯德榜化工科学技术青年奖（2019）、中国化学会青年化学奖（2018）、《麻省理工科技评论》“35岁以下科技创新35人”（2018)、中国新锐科技人物（2018）、清华大学2020年春季学期在线教学优秀教师奖（2020）、2019国际化学元素周期表年《中国青年化学家元素周期表》入选者（2019）、教育部自然科学一等奖（2016）、瑞士乔诺法（Chorafas）青年研究奖（2015）等奖励。
课题组网站链接：
http://www.rufanzhang-group.cn
原文链接：
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsanm.3c02567
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