纳米铯钨青铜CsxWO3的制备及其电致变色性能研究

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智能窗在外界的光、电、热等条件发生变化时,可以做出响应,调节室内的光亮和温度,进而达到节能减排的作用。由于纳米铯钨青铜CsxWO3具有优异的近红外屏蔽性能,所以它在智能窗领域得到广泛地应用。尽管其应用前景非常光明,但纳米CsxWO3涂层在空气中的颜色不稳定性阻碍了它的进一步应用。电致变色技术是解决这一问题的可能途径之一,因此对CsxWO3的电致变色性能进行研究,对该材料的更广泛应用具有重要意义。对CsxWO3的晶体结构和晶粒的微观形貌进行调控是提升其电致变色性能的有效方法。因此,通过实验的方法对这两个参数进行调控,并研究它们对CsxWO3的电致变色性能的影响具有一定的实际意义。本论文的主要内容如下:(1)以六氯化钨、一水氢氧化铯、无水乙醇和冰乙酸为原料,使用溶剂热法,并通过加入磁力搅拌的方法改变反应溶液的流动性制备了六方纳米铯钨青铜。考察了反应溶液的流动性对样品的晶体结构和晶粒微观形貌的影响。随着磁力搅拌磁子转速(vr)从500 rpm增加到800 rpm,样品的晶胞参数a、c和V先增加后减小,当vr=700 rpm时,达到最大值,且此时WO6骨架中的六角形和三角形通道的尺寸也最大。样品的微观形貌随着vr的增加,晶粒形状由棒状和颗粒状混合型逐渐转变为棒状或颗粒状,平均晶粒尺寸表现出现先增加后减小的趋势,当vr=700 rpm时,由棒状晶粒组成的团簇(~100 nm)均匀分布在样品中。结果表明通过改变反应溶液的流动性,可以对样品的晶体结构和微观形貌进行调控。(2)通过光纤光谱仪和电化学工作站对样品的电致变色性能进行了表征。结果显示,当vr=700 rpm时,样品的电致变色性能最为优异,不仅具有最大的透过率调制范围,可达42.7%,大约是其他样品的3~6倍,而且具有最高的着色效率,为20.2 cm~2 C-1,是其他样品的2倍以上。通过对各样品在150次电致变色循环中透过率的变化曲线分析,发现经过1500s正负电压的反复持续激励,各样品的透过率变化很小,表明它们具有稳定的电致变色性能。(3)为了进一步优化纳米CsxWO3的制备方法,获得不同Cs含量的样品,在保持反应溶液流动性不变的前提下,通过改变原料中一水氢氧化铯和六氯化钨的摩尔比(Cs/W)分别为0.4、0.5、0.6和0.7,研究其对样品电致变色性能的影响。X射线衍射结果显示,样品均为纯的六方相,X射线光电子能谱结果表明原料中Cs/W的改变对产物中的Cs含量影响并不是线性的,当Cs/W为0.5时,所得到样品的Cs含量x(=0.29)最高,相应的电致变色测试结果显示该样品的透射率调制范围以及着色效率也是最高的。
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