摘要
作为社会能源消耗的重要一环，建筑能源整体消耗约占社会一次能源总量的30%—40%。提高建筑能源利用率极具意义，这有助于我国在源头上减少化石能源的使用，早日达成“碳中和”目标。 电致变色智能窗可以在外加电压的作用下，根据环境的温度及光线条件自动调节可见光及近红外波段的透过率，是增强门窗保温效能，减少能源应用的新产品。本文针对单组分电致变色材料体系存在稳定性差、着色效率低、响应时间长等缺点，利用溶剂热及电沉积等技术设计了以二氧化钛纳米棒阵列为基底的电致变色复合薄膜体系，并对其电化学及电致变色性能进行研究，成功构建了电致变色器件。首先确定氧化镍与二氧化钛复合作为阳极电致变色材料，多金属氧酸盐H3[PW12O40]·xH2O（PW12）与二氧化钛复合作为阴极电致变色材料，并对其性能进行探究，继而选用电致变色性能最佳的两组复合薄膜成功构建了Glass/FTO/TiO2/NiO/KOH/FTO/Glass和Glass/FTO/TiO2/PW12/LiI/FTO/Glass电致变色器件，实验具体内容如下： （1）通过两步水热法在FTO导电玻璃上生长一层TiO2纳米棒阵列。通过控制第一步的水热时间生成三种不同的TiO2纳米棒基底材料。扫描电子显微镜（SEM）可以观测到不同水热时间（3h、4h、5h）的二氧化钛纳米棒阵列均成功生长在FTO基片上，但其形貌存在差异。根据对复合电致变色材料性能的研究，确定了当第一步水热时间为3h时，可以获得电致变色性能最佳的氧化镍阳极和多酸阴极电致变色材料。 （2）以不同反应条件的TiO2纳米棒阵列为基底，通过溶剂热技术将NiO生长到至基底上，成功制备了TiO2/NiO电致变色复合薄膜。通过SEM可以观测到，TiO2/NiO复合薄膜与纯的TiO2纳米棒相比，其结构变得更加致密，可初步证明复合材料体系的成功构建。在施加不同正负电压的条件下，以0.5MKOH为电解液，复合薄膜完成了从无色到黑棕色的可逆变化。当以水热时间为3h的TiO2纳米棒为基底时，TiO2/NiO复合薄膜的电致变色反差为44.43%，着褪色时间分别为4.5s和5.0s，呈色效率为29.8cm2/C，在500个周期内可保持一定的循环稳定性，继而将其作为电致变色层成功构建了变色效果明显的Glass/FTO/TiO2/NiO/KOH/FTO/Glass电致变色器件。 （3）以不同反应条件的TiO2纳米棒阵列为基底，通过循环伏安法电沉积制备TiO2/PW12电致变色复合薄膜。通过SEM可以观测到，沉积多酸后的复合薄膜与纯相TiO2纳米棒相比，其结构变得更加粗实、致密，可初步证明复合材料体系的成功构建。在施加不同正负电压的条件下，复合薄膜中的可以实现从无色到深蓝色的可逆变化，这是由于复合薄膜中的W6+发生了电荷转移被还原为W5+，生成了杂多蓝。当以水热时间为3h的TiO2纳米棒为基底时，TiO2/PW12复合薄膜的电致变色性能更为优异，电致变色反差为43.12%，着褪色时间分别为7.5s和2.0s，呈色效率为20.4cm2/C，具备一定的循环稳定性。本文以其为电致变色层成功组建了变色效果明显的Glass/FTO/TiO2/PW12/LiI/FTO/Glass电致变色器件。
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