基于氧化钨的自供电智能窗系统

研究人员设计了一个自供电智能窗系统，其中一个基于氧化钨的双功能器件作为玻璃，纤维状的染料敏化太阳能电池作为窗户的框架，这样就可以有效地利用空间。这个新系统的闪光点是，太阳能电池的数量可以改变，当转换时，由于框架被设计成圆柱形结构，可以使得这个集成系统不受入射角的影响。

除了仅仅为双功能装置供电外，整个自供电智能窗系统可以根据天气状况的变化自动调节其透光率。也就是说，当天气晴朗时，太阳能电池可以产生足够的电力使窗户变成黑暗状态，这样大部分的阳光就被阻挡住了，从而使房间保持舒适的气氛；当阴天时，产生的电力不足以使窗户变成黑暗状态，光线可以部分穿透，使房间仍然明亮。研究人员将太阳能电池作为一个自动智能控制器，根据天气情况调节钨基双功能装置的透光率。

（图片来源：Nanowerk Spotlight）

另一种是一个装置同时具有三种功能，即太阳能转换、EC和储能及供电，不需要外部电线。EC部分和PV部分共用同一个电解液，通常情况下，这种集成方法要牺牲一定面积的窗口。例如，研究人员Zhang等设计了一个三功能装置，即光电变色装置（PECD），其中WO3和TiO2都被用作阳极，Pt被用作反电极。

当该装置开路并暴露在阳光下时，电解液中的染料分子被激发并产生电子-空穴对。然后，电子被注入TiO2的传导带，随后扩散到ITO-PET基底，然后扩散到WO3，因此WO3薄膜变成蓝色，阳光因此被器件阻挡。当与电力应用相连接时，这种彩色的装置可以放电。基于氧化钨和PANI作为阴极，Al作为阳极，研究人员开发了一个多功能装置，可以通过两种方法供电，即通过太阳光和暴露在空气中。与没有太阳光辐射的充电方法相比，该装置完全充电所需的时间缩短了六倍

氧化钨也是光致变色领域的一种杰出材料。当光线照射在氧化钨上时，会产生电子-空穴对，导致它们的光学吸收发生变化。直观的表现为它们的颜色变化，它们可以被应用于显示器、智能窗和光信号处理。

WO3的带隙约为2.6eV，因此它可以吸收波长为475nm的光，这表明它与TiO2相比在可见光领域是一种优越的光催化剂，后者的带隙为3.2eV。目前，氧化钨基材料作为光催化剂，被广泛应用于二氧化碳光还原、空气净化和其他领域。具体来说，在光电化学电池（PEC）分水领域，钨氧化物也被广泛使用。例如，研究人员生产了2D/2D WO3/g-C3N4，它显示了良好的H2生产活性。此外，由于其相对较低的带隙，钨氧化物经常被应用于与TiO2的复合，以扩大复合材料的光反应到可见光范围。

（图片来源：Jin-Long Wang/Nano Lett.）

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

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