来源 | Small Structures

链接 | https://doi.org/10.1002/smll.202501977

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背景介绍

建筑物中的能源消耗几乎占全球能源消耗的40%，并且超过一半的建筑物能源用于室内空间的冷却，加热和照明；低能耗建筑节能技术的开发迫在眉睫。相应地，智能窗户的发展也越来越受到人们的关注。传统智能窗中被动窗零能耗但不可控，主动窗可控但需要消耗额外电能，被动智能窗具有零能耗、自适应、智能化等优点。电致变色（EC）智能窗作为一种典型的主动智能窗，可以通过电刺激动态可逆地控制其透光率，满足不同场景的需求。然而，电子商务智能窗的运行需要额外的能源和人力消耗，因此，如何将主动和被动智能窗的优点联合收割机结合到一个窗口中，越来越受到人们的关注。

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成果掠影

近日，清华大学张如范教授、南京信息工程大学李敬发教授等人，提出了一种集成光致变色和电致变色功能的智能窗薄膜。薄膜主要由氧化钨（WO₃）、乙二醇（EG）和银纳米丝（Ag NWs）构成，其中Ag NWs和EG的引入拓宽了薄膜的光响应性和电化学活性，并促进了膜内电子转移和界面离子传输，使薄膜表现出上级的双重响应能力。基于这种WO₃-EG-Ag薄膜，制备了一种结构简单的全固态光电双响应智能窗（PECSW），该PECSW结合了有源和无源智能窗的优点，具有良好的双波段（可见光和近红外）调制能力，响应速度快，可逆性好。通过组装的全固态光电双响应智能窗具有四种工作模式能够满足个性化需求，为室内热管理提供更加智能的节能方案。研究成果以“A Photo- and Electrochromic Dual-Responsive Smart Window for Full-Day Photothermal Management”为题发表在《Small Structures》期刊。

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图文导读

图1. 光电双响应膜的合成工艺及微观结构。（a）WO₃-EG-Ag薄膜的合成示意图。(b-d) WO₃、WO₃-EG和WO₃-EG-Ag薄膜的SEM图像。(e) WO₃-EG-Ag薄膜高倍扫描电镜图像。(f) WO₃纳米颗粒的HRTEM图像和SAED图像。(g) WO₃-EG-Ag薄膜对应的元素EDX图。

图2. 光电双响应薄膜的组成表征。(a) WO₃纳米颗粒的XRD谱图。(b) WO₃薄膜的高分辨率钨的4f能级 XPS光谱。(c) WO₃薄膜的高分辨率氧的1s能级 XPS光谱。(d)WO₃、WO₃-EG和WO₃-EG- Ag薄膜的拉曼光谱。(e) WO₃、WO₃-EG和WO₃-EG- Ag薄膜的紫外-可见-近红外漫反射光谱（DRS）。(f) WO₃、WO₃-EG、WO₃-EG- Ag薄膜带隙Kubelka-Munk函数计算图。

图3. 光电双响应膜的光致变色性能。(a,b)不同紫外照射时间下WO₃-EG-Ag膜对应的数字图像和透射光谱。(c) WO₃-EG-Ag膜自漂白过程的原位透射光谱。(d,e) WO₃-EG-Ag薄膜在着色和漂白状态下的高分辨率钨的4f能级 XPS光谱。(f) WO₃-EG-Ag薄膜的光致变色过程示意图。

图4. 光电双响应膜的电致变色性能。(a,b)不同电压下WO₃-EG-Ag膜对应的数字图像和透射光谱。(c) WO₃、WO₃-EG、WO₃-EG-Ag薄膜在1 m LiClO4/PC电解液中扫描速率为50 mV s−1的循环伏安测试结果。(d) WO₃、WO₃-EG、WO₃-EG-Ag薄膜的EIS分析。(e) WO₃-EG-Ag膜在−1~1V的多电位步长下的循环稳定性（2000次循环）。

图5. PECSW的双响应性能。(a) PECSW结构示意图。(b)有效面积为3 × 3cm2的PECSW在不同工作模式下的透射光谱及相应的数码照片。(c)自漂白过程中PECSW的原位透射光谱。(d)在−1/1 V下，每30 s施加一次，PECSW在700和1000 nm处的透射光谱。(e) PECSW的循环稳定性测试（每个循环由PC着色、EC着色和EC漂白三个步骤组成）。

图6. PECSW的4种工作模式及工作原理示意图。