电致变色(Electrochromism,EC)是指材料在外加电场的作用下其光学属性(透过率,吸收率或反射率)发生稳定的、可逆的变化,宏观表现为材料自身颜色或透明度的改变。以电致变色材料组装而成的智能器件我们称为电致变色器件,此类器件与一般的电化学电池结构类似,为层状结构,主要包含核心的电致变色层,以及离子储存层和电解质层。这类器件可选择性地对光线进行调节,因而被广泛应用在智能窗,防眩目后视镜和航空舷窗等方面。在电致变色层中,三氧化钨(WO3)和聚噻吩衍生物由于其较高的光学调制能力和电化学稳定性而被广泛研究。WO3由于制备工艺的不同,分为结晶和非晶两种,普遍认为,非晶的光学调制能力要优于结晶的WO3,因而如何提升晶态WO3的电致变色性能一直是研究者们的重点之一。但从已有的报道来看,性能的提升还只能在半径较小的阳离子(氢离子)中才能体现,这也制约了薄膜的下一步应用。此外,在电致变色器件中,离子存储层即对电极在电致变色器件的作用至关重要,它将直接影响器件的性能和器件的运作方式,而以现在研究的最多的对电极例如NiO,V2O5等所组装的器件在稳定性方面均存在一定的不足。因此,本文将从这两方面着手,研究如何进一步提高晶态三氧化钨的电致变色性能以及探索制备不同对电极的电致变色器件。具体研究内容包括:其一、水热生长的过程中一般易于对薄膜的性能进行改善,因此在本项工作中,我们采用水热生长的方式和Co离子掺杂来对薄膜进行纳米化和性能改善。在导向剂的作用下,未掺杂的WO3为标准的一维纳米纤维,并聚集捆绑在一起组成窝状的微观形貌。引入Co离子后,薄膜的生长方式发生改变,在原纤维的周围生长出次级接枝,纤维呈现出荆棘状,并撑开了原先薄膜的的窝状结构,使薄膜的比表面积极大的提升,从而增加了与Li离子接触面积和通道,在1.5%浓度的掺杂下可见光区域表现出76.7%的透过率差值,65.7 cm2C-1的着色效率以及超过4000次的循环稳定性。表明通过Co离子掺杂后的WO3薄膜在Li盐溶液中表现出较高的光学调制率,提升了其应用潜力。其二、在以往的自供能电致变色器件中,通常以N719染料或硫族化合物量子点为光敏剂,而这两者不论在光学性质上还是制备工艺上均有可替代之处。在此,我们采用颜色较浅且光电性能不俗的碳量子点(碳点)作为光敏剂并吸附在TiO2薄膜上作为光阳极,且与性能优异的PProDOT-Me2作为电致变色层来组装器件。该器件可通过控制光源的开关或在光照下控制外电路的断开/闭合状态,实现器件可逆的着褪色。结果显示,器件可在580 nm处表现出55%的光学窗口和5s左右的响应时间,解决了同类器件光学调制率低以及光响应较慢的问题。其三、在传统的对电极匹配上,很难找到能够与WO3电荷量进行匹配的对电极,因而导致器件的性能出现不同程度的问题。已有文献报道采用氧化还原对来做溶液型电荷平衡层,但效果并不明显。本项工作中采用透明的TiO2作为对电极,同时电解液中加入二茂铁(Ferrocene,Fc)氧化还原对,利用TiO2对Fc电化学活性的催化来制备非互补吸收型电致变色器件。这里TiO2只对Fc进行催化,特别是还原能力的催化,而不参与整个变色反应,从而使整个器件的氧化还原系统更为稳定且可逆。最终结果显示,该器件在700 nm处可实现69.8%的透过率差值和超过60000次的循环稳定性,性能相较于与传统对电极所组装的器件有较大的提升,为制备下一代智能电致变色器件提供了思路。其四、从上一章节研究中受到启发,我们可以选用其他合适的对电极和氧化还原对组合来制备性能更为优异的电致变色器件。我们从透明的淡黄色的氧化还原对TMTU/TMFDS2+出发,继续选用TiO2为对电极,并以此制作了另一种非互补吸收型电致变色器件,将器件的光学调制能力向人眼敏感波长(550 nm)靠近;随后再以PANI为对电极,利用PANI既可以催化又可以变色的作用,制备出一种互补吸收型电致变色器件,将光学调制能力推进到人眼敏感波长附近;最后我们还以导电性和催化性都非常优秀的石墨板做对电极,并在电解液中加入TiO2粉末做显色剂,制备了一种可对反射率进行调节的电致变色器件。