近日，南方科技大学材料科学与工程系温瑞涛副教授团队提出了一种新的离子反俘获方法—光电耦合法，首次实现了电致变色薄膜与器件的性能刷新。该研究工作以“Photo-electrochemical synergistically induced ion detrapping for electrochromic device rejuvenation”为题发表在国际期刊Matter上。

电致变色技术因能够动态调节光与热，在节能、显示等领域有很大的应用前景。提高电致变色材料与器件的稳定性与可逆性一直以来是电致变色领域的研究重点。电致变色非晶氧化物可以通过离子和电子的双注入可逆地改变其光学性质，而在长期循环过程中发生的离子俘获是造成其性能衰减的重要原因之一。尽管已报道的恒电流、恒电压方法可以通过离子反俘获多次有效地使电致变色非晶氧化物性能恢复，但都需长时间的高电压作用，这会导致对电解质分解以及电致变色器件中其它膜层的破坏。因此都无法在完整的器件中兼容，目前针对此问题尚未由好的解决方法。

图1 非晶WO3薄膜在光电耦合作用下的离子反俘获

温瑞涛研究团队在恒电压和恒电流离子反俘获基础上发展了一种全新的离子反俘获方法—光电耦合法，首次发现紫外光照射与恒电压结合可以实现电致变色氧化物与器件的性能恢复。本研究以非晶WO3为主要研究对象，发现紫外光与恒电压共同作用可以在降低恒电压的前提下使非晶WO3薄膜性能恢复，其中紫外光波长与功率、恒电压大小以及光电耦合作用时间均会影响其离子反俘获效果。同时WO3在光电耦合过程中的电流密度曲线中出现的波谷可被视为离子反俘获的重要特征。

图2 光电耦合对完整的电致变色器件性能恢复的效果展示

此外，研究指出光电耦合离子反俘获（285 nm + 4.0 V）对其他阴极电致变色氧化物 (Nb2O5, TiO2和 Ta2O5) 也有很好的效果。当紫外光波长为405 nm时，紫外光可以透过ITO玻璃，与恒电压共同作用可以对阴极为WO3和阳极为NiO的全电致变色器件进行性能刷新。这些研究结果均表明了光电耦合法具有普适性，该方法的提出为延长电致变色器件及其它基于离子插入的电极或器件的寿命提供了新的策略。

南方科技大学材料系2021级硕士研究生周琴琪为论文第一作者（现为瑞典隆德大学博士研究生），南方科技大学为论文第一单位，温瑞涛副教授为通讯作者。论文作者还包括南科大材料系2023级博士研究生邵佩佩、张人夫博士、2019级硕士研究生黄思远（现为德国慕尼黑工业大学博士研究生）、张亦文博士、朱莹博士、2022级硕士研究生殷梦涵和乌普萨拉大学Niklasson教授。该研究工作得到了国家自然科学基金、广东省科技厅、深圳市科技创新局等单位的支持。

来源：南方科技大学

论文链接：

https://doi.org/10.1016/j.matt.2024.09.021