三價陽離子電解質應用于電致變色研究獲進展

電致變色是指材料在紫外、可見光和近紅外區域的光學屬性在外加電場作用下產生穩定的可逆變化現象，在電子紙、顯示器、藍鏡和智能窗等產品中都能見到電致變色材料的身影。近年來，隨著電致變色技術在汽車、建筑、印刷等大領域的應用，電致變色的相關研究出現了空前的熱潮，人們通過尋找新材料、設計新結構等方式將電致變色器件的性能一步步提高。然而，當今的電致變色技術仍不能滿足大規模應用的需求，材料成本、變色效率、循環穩定性以及應用領域的開發問題已成為此項技術長足發展的瓶頸，人們面對電致變色巨大的潛在市場正一籌莫展。

中國科學院蘇州納米技術與納米仿生研究所研究員趙志剛與蘇州大學教授耿鳳霞的研究團隊合作以傳統的鎢基材料電致變色為特色，針對這一領域的基礎問題以全新的視角進行了細致而深入的研究，并取得了若干突破性的進展。首次制備零維的氧化鎢（量子點）電極材料，其電致變色的生色與褪色時間均在1s以內，變色效率可達154cm²/c，性能優于非零維氧化鎢以及其他無機電變色材料，證實了將傳統電極材料的粒子尺度縮減到零維后，將大大提升其中的物質與電荷傳輸過程，相關結果發表于國際期刊《先進材料》(advancedmaterials.2014,26,4260-4267)。另外，設計并制備了以氧化鎢(w₁₈o₄₉)納米線和聚苯胺(pani)為二元電極活性材料的智能超級電容器，通過圖案和背景顏色的交互變化來展示其能量存儲狀態，賦予了超級電容器“智能化”新特性，為拓寬電致變色技術的應用領域開辟了一條新的道路，該研究成果已發表于國際期刊《納米快報》(nanoletters,2014,14,2150-2156)。

最近，該團隊的研究人員將研究的重點轉移至電解質上，從電致變色機理出發，指出傳統的電致變色電解質(h⁺、li⁺、na⁺離子)并不能使電致變色器件性能達到最優。首次提出了以三價陽離子作為插入離子，并以w₁₈o₄₉納米線作為宿主結構，驗證了傳統電解質離子存在的一些問題，例如環境穩定性差、對宿主結構破壞嚴重等，進而采用了一種新的電解質——al³⁺離子電解質，并使得電致變色活性材料取得了較快的電致變色速率、較高的生色效率以及更好的循環穩定性。

al³⁺離子電解質在電致變色領域的應用，不僅克服了傳統電解質離子存在的一些問題，而且使得電致變色活性材料取得了更加優異的性能。al³⁺離子電解質推動了電致變色領域的進一步發展。