基於氧化鎢的自供電智慧窗系統

研究人員設計了一個自供電智慧窗系統，其中一個基於氧化鎢的雙功能器件作為玻璃，纖維狀的染料敏化太陽能電池作為窗戶的框架，這樣就可以有效地利用空間。這個新系統的閃光點是，太陽能電池的數量可以改變，當轉換時，由於框架被設計成圓柱形結構，可以使得這個集成系統不受入射角的影響。

（圖片來源：Nanowerk Spotlight）

除了僅僅為雙功能裝置供電外，整個自供電智慧窗系統可以根據天氣狀況的變化自動調節其透光率。也就是說，當天氣晴朗時，太陽能電池可以產生足夠的電力使窗戶變成黑暗狀態，這樣大部分的陽光就被阻擋住了，從而使房間保持舒適的氣氛；當陰天時，產生的電力不足以使窗戶變成黑暗狀態，光線可以部分穿透，使房間仍然明亮。研究人員將太陽能電池作為一個自動智慧控制器，根據天氣情況調節鎢基雙功能裝置的透光率。

另一種是一個裝置同時具有三種功能，即太陽能轉換、EC和儲能及供電，不需要外部電線。EC部分和PV部分共用同一個電解液，通常情況下，這種集成方法要犧牲一定面積的視窗。例如，研究人員Zhang等設計了一個三功能裝置，即光電變色裝置（PECD），其中WO3和TiO2都被用作陽極，Pt被用作反電極。

當該裝置開路並暴露在陽光下時，電解液中的染料分子被激發並產生電子-空穴對。然後，電子被注入TiO2的傳導帶，隨後擴散到ITO-PET基底，然後擴散到WO3，因此WO3薄膜變成藍色，陽光因此被器件阻擋。當與電力應用相連接時，這種彩色的裝置可以放電。基於氧化鎢和PANI作為陰極，Al作為陽極，研究人員開發了一個多功能裝置，可以通過兩種方法供電，即通過太陽光和暴露在空氣中。與沒有太陽光輻射的充電方法相比，該裝置完全充電所需的時間縮短了六倍

（圖片來源：Jin-Long Wang/Nano Lett.）

氧化鎢也是光致變色領域的一種傑出材料。當光線照射在氧化鎢上時，會產生電子-空穴對，導致它們的光學吸收發生變化。直觀的表現為它們的顏色變化，它們可以被應用于顯示器、智慧窗和光信號處理。

WO3的帶隙約為2.6eV，因此它可以吸收波長為475nm的光，這表明它與TiO2相比在可見光領域是一種優越的光催化劑，後者的帶隙為3.2eV。目前，氧化鎢基材料作為光催化劑，被廣泛應用於二氧化碳光還原、空氣淨化和其他領域。具體來說，在光電化學電池（PEC）分水領域，鎢氧化物也被廣泛使用。例如，研究人員生產了2D/2D WO3/g-C3N4，它顯示了良好的H2生產活性。此外，由於其相對較低的帶隙，鎢氧化物經常被應用於與TiO2的複合，以擴大複合材料的光反應到可見光範圍。

參考文獻：Han W, Shi Q, Hu R. Advances in electrochemical energy devices constructed with tungsten oxide-based nanomaterials[J].《納米材料》, 2021, 11(3): 692.

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