摘要
二氧化钛（TiO2）作为一种常见的过渡金属氧化物，在着色态时表现为浅蓝色，在漂白态时表现为无色，且具有优异的化学稳定性、价格低廉和环境友好等优点，在电致变色领域有着广阔的应用前景。但TiO2本身也存在光学调制范围较小、变色现象不明显、循环性能较差的缺陷，这在一定程度上限制了其在电致变色领域中的实际应用。为解决TiO2电致变色材料存在的不足之处，提高其电致变色性能，本文从聚合物、非金属、金属材料复合改性技术出发，制备了不同二氧化钛复合的电致变色材料，主要研究内容如下： (1)以P25二氧化钛为原料，采用两步水热法和高温煅烧法制备出TiO2纳米管。以异丙醇为分散剂，通过旋涂法制备了不同聚苯胺复合量的PANI-TiO2电致变色薄膜。采用扫描电子显微镜、透射电子显微镜、X射线衍射和拉曼光谱、电化学及光学测试系统研究了聚苯胺复合量对PANI-TiO2薄膜的晶型、形貌、微观结构和电致变色性能的影响。结果显示，在复合量为5%时，PANI-TiO2薄膜呈现了更好的电化学活性，与纯相TiO2薄膜相比，5%PANI-TiO2薄膜具有更宽的光调制幅度，在-1.6V下633nm处的光调制幅度可达57%，着色效率为21.85cm2/C。 （2）以P25二氧化钛为原料，采用两步水热法以及离子交换法制备出N掺杂钛酸纳米管，通过刮涂法以及高温煅烧法制备了掺杂不同氮含量的N-TiO2电致变色薄膜。结果显示，与纯相TiO2薄膜相比，氮掺杂TiO2薄膜表现出良好的循环性能、更短的响应时间和更高的电致变色效率。经过100次循环后，薄膜的光调制幅度可维持在初始值的65%。在633nm处于+2.0V与-2.0V的外加电压下，纯相TiO2薄膜的变色效率为7.04cm2/C，而N1-TiO2薄膜的变色效率可增加至10.61cm2/C，其着色和漂白时间分别为31.13s和3.79s。 （3）以P25二氧化钛为原料，采用两步水热法分别制备出Co掺杂、Cu掺杂和Ni掺杂钛酸纳米管材料，通过旋涂法以及高温煅烧法制备了掺杂不同含量的Co-TiO2、Cu-TiO2、Ni-TiO2电致变色薄膜。结果显示，Co、Cu、Ni元素掺杂TiO2薄膜，都能有效地增强TiO2的电化学活性和薄膜的循环稳定性（200次循环后薄膜的光调制能力未出现明显下降）。另外Co、Cu元素掺杂的TiO2薄膜在能够在一定程度上加快薄膜的响应时间（着色时间与漂白时间分别为1.92s、1.95s和10.71s、16.43s）。此外，Cu元素掺杂能够增强薄膜的着色程度，而Ni元素掺杂能保持稳定的光调制幅度。
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