Kationtypers effekt på de elektrokrome egenskaber af titaniumdioxid nanokrystaller

Elektrokrome (EC) enheder er blevet betragtet som lovende kandidater til energibesparende smarte vinduer, næste generations skærme og bærbar elektronik. Monovalente ioner såsom H ⁺ og Li ⁺ baserede elektrolytter er benchmark-indsættelsesioner for EC-enheder, men har alvorlige begrænsninger såsom høje omkostninger og ustabilitet kombineret med at være svære at håndtere. At søge multivalente elektrolytter er et effektivt alternativ til at forberede højtydende EC-enheder; desværre er de relaterede rapporter i øjeblikket begrænset til wolframoxid EC-materialer. Forskere i Kina afslører effekten af ​​forskellige valenskationer på EF-egenskaberne af titaniumdioxid-nanokrystaller (NC), hvilket kan give nogle nye retninger for udviklingen af ​​fremragende EC-enheder med langsigtet stabilitet og holdbarhed.

De offentliggjorde deres arbejde den 3. august i Energy Material Advances .

"Det er af stor betydning at søge efter alternative billige, stabile og hurtige indsættelsesioner i EC-enheder for at opnå omkostningseffektiv og hurtig EC-anvendelse," sagde den tilsvarende forfatter Sheng Cao, lektor ved School of Physical Science and Engineering Technology, Guangxi Universitet. "I øjeblikket er der mange EC-materialer med Li ⁺ og H ⁺ som elektrolytter, men de har stadig nogle problemer, som hæmmer den videre udvikling."

Cao forklarede, at multivalente ioner som insertionsion-elektrolytter kan forbedre EC-ydeevnen betydeligt, fordi antallet af elektroner pr. multivalent metalion interkalerer ind i rammen end Li ⁺ eller andre monovalente ioner.

"Zn ²⁺ anses for at være overlegen i forhold til andre til at udløse elektrokromismen på grund af dens forenklede fremstillingsproces og ikke-toksicitet," sagde Cao. "Desuden er EC-enheden af ​​trivalent Al ³⁺ ion-interkalation har tiltrukket sig stor opmærksomhed på grund af dens rige skorpelagring, lille ionradius, høje optiske kontrast, sikkerhed og pålidelighed.

På grund af den stærke elektrostatiske vekselvirkning mellem multivalente ioner og interkalationsrammen er der store vanskeligheder i interkalationsprocessen. Ifølge Cao fokuserer rapporterne om EF-ydelse drevet af forskellige valens-kationioner indtil videre hovedsageligt på de klassiske wolframoxid-EC-materialer, og der mangler systematisk forskning i andre EF-materialer. Titandioxid (TiO₂ ) er et stort potentielt kandidatmateriale på grund af dets fremragende fysiske, kemiske stabilitet og syreresistens. Der er dog stadig ingen rapport vedrørende TiO₂ for trivalente ioner elektrokemiske celler fra EF-samfundet eller systematisk forskning i EF-præstationer drevet af forskellige valensioner endnu.

Udfordringen er den stærkere Coulomb-iongitter-interaktion mellem multivalente ioner end monovalente ioner, Cao sagde, at wolfram-doping til TiO₂ kan reducere interkalationsenergien af ​​ioner og aktivere dens elektrokrome egenskaber. Cao og hans team udforsker EC-egenskaberne af anatase W-dopet TiO₂ NC'er i forskellige valenskationer (dvs. Li ⁺ , Zn ²⁺ og Al ³⁺ ) ved in-situ transmissionsspektroskopi og elektrokemiske tests.

"Eksperimentelle resultater og teoretiske beregninger viser, at Zn ²⁺ kan bringe den nødvendige hurtige omskiftning, høj kontrast og høj stabilitet til EC-enheder," sagde Cao. "Forskningsresultaterne er af stor betydning for grundforskningen inden for elektrokromisme og åbner en ny retning for at realisere langtidsstabilitet , holdbare og hurtigt skiftende enheder." + Udforsk yderligere

Ny bærerdoping i p-type halvledere forbedrer fotovoltaisk enheds ydeevne ved at øge hulkoncentrationen