on style="white-space: normal; line-height: 1.75em; box-sizing: border-box;">论文DOI：10.1002/adom.202102399为了更好的实现节能效果，构建优异的双波段电致变色材料，清华大学张如范课题组针对双波段电致变色材料变色速度慢、稳定差等问题，通过一种简单高效的方法构建了松针状W18O49/TiO2三维网络异质结构，该材料具有超快的响应速度、优异的稳定性以及明显的双波段调控特性。本工作以“3D Pine-needle-like W18O49/TiO2 Heterostructures as Dual-band Electrochromic Materials with Ultrafast Response and Excellent Stability”为题发表在光学一流期刊《Advanced Optical Materials》上。发展建筑节能技术是实现“双碳”目标的关键技术之一。根据中国建筑节能协会发布的《中国建筑能耗研究报告2021》统计， 2019年全国建筑全过程能耗总量为22.33亿标准煤当量，占全国能源消费总量比重为45.9%，建筑能耗的碳排放总量为49.97亿吨CO2，占全国碳排放的比重为50.6%。鉴于建筑行业碳排放如此高的比例，想要实现碳中和目标，必须发展新型高效的建筑节能技术。建筑运行阶段能耗和碳排放主要源于建筑物的采暖和制冷，两个环节耗能占建筑部门能源消费的60%，占整体碳排放的40%。窗户是建筑物设计的关键部分，但也是最不节能的部分，热量很容易通过玻璃传递，窗户对建筑物的供暖和制冷成本有很大影响，如何设计具有调节、控制太阳光传输从而降低建筑物因为照明和温度控制而产生能耗的智能玻璃至关重要。由于近红外区域辐射约占太阳总辐射的50%，动态、可选择性地调节近红外区域通过窗户的透光率对减少建筑能耗和碳排放具有更重要的研究意义。电致变色材料是在较低电压下可以可逆改变颜色的一种材料，也是实现下一代技能智能窗的关键材料。具备双波段调控功能的电致变色智能窗在很小的电压下不仅可以提供可见光区域的调控，同时还可以对近红外区域进行动态调控，从而减少建筑的碳排放，提高建筑的能源效率和增强室内空间的美观性，近年来吸引了越来越多研究者的兴趣。双波段电致变色材料是双波段电致变色智能窗的重要组成部分。近年来，为了制备性能优异的双波段电致变色材料，研究者们进行了大量探索，目前已报道的方法大致可分为两类：一种方式是使用本身具有双波段性能的单组分电致变色材料。另外一种方式是将具有可见光的调控材料与具有近红外波段调控的材料复合形成具有双波段调控特性的电致变色材料。但上述材料目前普遍存在响应速度慢、循环稳定性差、制备方法复杂等问题。因此，开发一种具有相应速度快、循环稳定性好、制备方法简单的双波段调控电致变色材料具有十分重要的研究意义。近日，张如范课题组受自然界松针结构的启发，通过一种简单高效的方法构建了三维类松针状异质结构。课题组用静电纺丝方法制备了三维TiO2纳米纤维网络，随后通过简单的溶剂热法原位生长W18O49纳米刺，从而构建了松针状W18O49/TiO2异质结构。相比于其他电致变色材料，该异质结构具有三个显著优势。首先，该结构可以在透明、蓝色和蓝黑色之间相互转换，在633 nm处能阻挡81.4%的可见光，在1800 nm处能阻挡91.3%的近红外光，表现了明显的双功能调控特性。第二，该材料具有的较大的比表面积，为电子/离子传输转移提供了更多的反应路径和活性位点，确保了材料与电解质的充分接触。第三，W18O49纳米刺在TiO2纳米纤维表面的生长导致复合材料的能带带隙减小，使复合材料具有更小的结构势能，从而使其在电致变色过程中能够吸引更多的电解质离子。最后，W18O49纳米刺与TiO2纳米纤维之间的化学键合可以有效降低接触电阻，促进两者之间的电荷转移，与其他电致变色材料相比，该材料具有超快的响应速率（褪色和着色时间分别为0.9和1.2 s）和优异的循环稳定性（20000次循环后性能可维持到最初的85%）。这种三维松针状结构W18O49/TiO2优异的光电性能使其在智能显示领域同样具有潜在的应用价值。因此，该工作为双波段电致变色材料和智能显示材料的开发制备提供了一种新的思路和方法。▲图1. 三维松针状W18O49/TiO2异质结构的制备过程及其微观结构。
▲图2. 三维松针状W18O49/TiO2异质结构的双波段性能。
▲图3. 三维松针状W18O49/TiO2异质结构的综合电化学性能。
该论文的第一作者为张如范副教授课题组联培硕士生黄娅、博士后王宝顺和北京建筑大学白小娟副教授，通讯作者为清华大学张如范副教授和北京科技大学贾希来副教授。
清华大学化工系教研系列副教授、特别研究员、博士生导师、国家高层次人才计划入选者、中国颗粒学会青年理事、中国化学会奖励推荐委员会委员、中国材料研究学会高级会员、中国微米纳米技术学会高级会员、中国化工学会专业会员、北京能源与环境学会京津冀专家委员会委员、SusMat、Exploration、Particuology青年编委。2005-2009年本科就读于中国石油大学（北京）化工学院，2009-2014年博士就读于清华大学化工系，2014-2017年在斯坦福大学材料系从事博士后研究，2018年加入清华大学化工系。主要从事纳米碳材料以及功能纳米材料的可控制备与性能表征及应用等方面的研究，取得多项突破性科研成果。在Science、Nature Nanotechnology、Nature Communications、Chemical Society Reviews、Accounts of Chemical Research、Advanced Materials、Journal of American Chemical Society、Nano Letters、ACS Nano、Small Methods等期刊发表论文80余篇。申请发明专利12项；撰写学术专著7部。曾获侯德榜化工科学技术青年奖（2019）、中国化学会青年化学奖（2018）、《麻省理工科技评论》“35岁以下科技创新35人”（2018)、中国新锐科技人物（2018）、清华大学2020年春季学期在线教学优秀教师奖（2020）、2019国际化学元素周期表年《中国青年化学家元素周期表》入选者（2019）、教育部自然科学一等奖（2016）、瑞士乔诺法（Chorafas）青年研究奖（2015）、教育部博士研究生学术新人奖（2012）等奖励。http://www.rufanzhang-group.cnhttps://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adom.202102399
