用於電致變色應用的 HKUST-1/WO3 複合材料

電致變色 (EC) 材料可以通過施加外部電壓可逆地改變其光學透射率。在過去的幾十年裡,科學家們開發了各種 EC 材料,包括無機過渡金屬氧化物 (TMO)、金屬配合物、聚合物和有機小分子。它們引起了人們的極大興趣,並因其廣泛的應用而受到研究,例如智能窗戶、信息顯示、太陽能熱百葉窗和功能性儲能設備。
智能窗戶圖片
三氧化鎢 (WO3) 是一種眾所周知的 TMO,由於其具有相當大的光學對比度、高著色效率、良好的穩定性和低成本,它是一種可行的 EC 材料。由於 W (IV) 還原為 W (V),WO3 表現出從黃色/無色到藍色的視覺變化。金屬有機框架 (MOF) 是一組新興材料,被定義為由金屬離子或金屬離子簇通過有機配體橋接而成的混合材料。 HKUST-1 是一種銅基 MOF,由金屬單元 (Cu) 和有機配體組成。
HKUST-1/WO3 的光譜圖
為了提高物理性能,WO3 和 HKUST-1 已偶聯合成 HKUST-1/WO3 複合材料,作為一種有前途的 EC 電極的合成過程如下:
首先,用乙醇、丙酮和去離子水 (DI) 清洗 ITO 玻璃 15 分鐘。其次,將 1.76 g (Cu(NO3)2·3H2O) 溶解在 24 mL 去離子水中,同時將 0.84 g 均苯三甲酸分別溶解在 24 mL 乙醇中。混合兩種溶液,並將所得溶液攪拌一小時。然後將混合物(淺藍色溶液)高壓滅菌並在 120°C 下加熱 16 小時。所得產物用乙醇洗滌數次並在80℃下乾燥2小時。然後將 3 w/v% HKUST-1 以 3,000 rpm 的速度旋塗到導電 ITO 基材(0.75 µL 溶液;0.75 cm2 基材)上 60 秒,然後將電極在 200 °C 下乾燥 20 分鐘。
首先,使用 3 M HCl 將 0.2 M Na2WO4·2H2O 溶液的 pH 值調至 1。將 0.1 M C2H2O4 (7.5 mL) 水溶液倒入 0.2 M Na2WO4·2H2O (25 mL) 中,並連續攪拌該混合物(~30 分鐘),直至獲得淺黃色或無色。然後將混合物轉移到裝有 HKUST-1/ITO 玻璃的聚四氟乙烯內襯不銹鋼高壓釜中,其中電極的導電面朝下。 WO3 的沉積在 100°C 下完成 1 小時。將獲得的 HKUST-1/WO3 在 100°C 下乾燥 5 分鐘。
總之,HKUST-1/WO3 複合材料已成功合成用於電致變色應用。 HKUST-1/WO3 複合材料具有高著色效率 (296.4 cm2/C)。結果還顯示出出色的切換動力學(tc = 8.3 s,tb = 2.2 s)和 633 nm 處的出色光學對比度(76.6%)。 HKUST-1/WO3 的優異穩定性在 1000 次循環後獲得,電致變色電荷保持率為 85.9%。
 

 

 

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