钼掺杂非晶三氧化钨电致变色薄膜及其电化学沉积方法和应用技术

本发明专利技术涉及钼掺杂非晶三氧化钨电致变色薄膜及其电化学沉积方法和应用，所述钼掺杂非晶三氧化钨电致变色薄膜的成分为非晶态的钼掺杂三氧化钨；所述钼掺杂非晶三氧化钨电致变色薄膜中钨原子和钼原子的摩尔比为1:（0.001～0.2），优选为1:（0.01～0.1）。

【技术实现步骤摘要】
钼掺杂非晶三氧化钨电致变色薄膜及其电化学沉积方法和应用
本专利技术涉及一种钼掺杂非晶三氧化钨电致变色薄膜及其电化学沉积方法和应用，属于功能材料及器件

技术介绍
电致变色(Electrochromic)现象是指材料在外加电压作用下，通过离子或电子的注入与抽取，使材料在着色与退色态之间产生可逆变化，在外观上表现为材料颜色及透明度的可逆变化。电致变色材料在智能窗、护目镜、汽车防眩目后视镜、显示器等领域有广泛的应用。相比于液晶和悬浮粒子调光，电致变色具有颜色可调、能耗低、记忆效应等优势。长期以来，三氧化钨薄膜作为最早被发现的电致变色材料受到了人们广泛的关注。在外加电压条件下，三氧化钨发生小金属阳离子和电子同时注入与抽取，使其在着色态(蓝色)与退色态(透明)之间发生可逆变化。三氧化钨的响应速度主要由金属阳离子的注入和抽取速度控制，且离子的运动主要受扩散控制，而非晶三氧化钨薄膜相对结晶态三氧化钨薄膜具有更多的离子扩散通道，故而非晶三氧化钨薄膜具有更优的变色响应速度。此外，钼掺杂三氧化钨材料相较于纯三氧化钨材料具有更多的缺陷结构，这些缺陷结构可以很好地吸引外界离子，因此钼掺杂三氧化钨材料也能具有更优的电致变色性能。然而，现有钼掺杂三氧化钨薄膜的制备方法主要有磁控溅射法、热蒸发法、水热法以及溶胶凝胶法等，这些传统的制备方法制备出的钼掺杂三氧化钨材料一般为结晶状态，尚无对于钼掺杂非晶三氧化钨薄膜的报道；并且上述方法涉及高温或高真空环境，制造工艺复杂、制造成本高昂，难以应用于实际工业化生产。
技术实现思路
针对现有技术存在的问题，本专利技术的目的在于提供一种具有优秀电致变色性能的钼掺杂非晶三氧化钨电致变色薄膜及其操作简单、无毒、成本低廉、可重复性好的电化学沉积方法。一方面，本专利技术还提供了一种钼掺杂非晶三氧化钨电致变色薄膜，所述钼掺杂非晶三氧化钨电致变色薄膜的成分为非晶态的钼掺杂三氧化钨；所述钼掺杂非晶三氧化钨电致变色薄膜中钨(W)原子和钼(Mo)原子的摩尔比为1:(0.001～0.2)，优选为1:(0.01～0.1)。本专利技术中，钼掺杂非晶三氧化钨电致变色薄膜的成分为钼掺杂三氧化钨，且为非晶态，其电致变色性能优异。较佳地，所述钼掺杂非晶三氧化钨薄膜的厚度为50～1000nm。较佳地，所述钼掺杂非晶三氧化钨薄膜的光调制范围为50～90％，着色效率为40～90cm2/C，着色响应时间为2～5秒，退色响应时间为2～3秒。另一方面，本专利技术还提供了一种如上所述的钼掺杂非晶三氧化钨电致变色薄膜的制备方法，包括：将钨源、钼源溶于定量去离子水中，得到混合溶液；加入过氧化氢(H2O2)和强酸，调节混合溶液pH值至1～2并搅拌均匀，得到电化学沉积液；将作为工作电极的透明导电衬底置于所得电化学沉积液中并施加负电位，采用三电极电沉积体系，利用恒电位电沉积法沉积钼掺杂非晶三氧化钨电致变色薄膜。在本公开专利技术中，将钨源和钼源溶于去离子水中后，得到混合溶液。再于混合溶液中加入强酸与过氧化氢调节混合溶液pH值至1～2之间并在超声辅助下搅拌，此时钨源与钼源会先与酸性环境下的过氧化氢(H2O2)反应分别生成过氧钨酸和过氧钼酸，再经过超声辅助下搅拌过氧钨酸和过氧钼酸反应得到均质的钼掺杂过氧钨酸二配体((W1-xMox)2O112-，0＜x＜1)，此钼掺杂过氧钨酸二配体溶液即为电化学沉积液。将作为工作电极的导电衬底置于所得电化学沉积液中并施加负电位，该钼掺杂过氧钨酸二配体在导电衬底周围的电场下被还原为深蓝色的钼掺杂钨酸H(W1-xMox)O3，并且沉积在导电衬底上。最终导电衬底上沉积的钼掺杂钨酸在电沉积溶液中脱去氢离子生成钼掺杂氧化钨(W1-xMox)O3薄膜。由于该方法在室温(例如，5～50℃)下操作，所生成的钼掺杂三氧化钨电致变色薄膜为非晶状态，具有比晶态薄膜更优的着色效率以及响应时间。较佳地，所述钨源为二水合钨酸钠、钨酸铵、钨酸锌中的至少一种，优选为二水合钨酸钠；所述钼源为钼酸钠、钼酸铵、钼酸锌中的至少一种，优选为钼酸钠。较佳地，所述钨源中钨原子和钼源中钼原子的摩尔比为1:(0.001～0.2)，优选为1:(0.01～0.1)。较佳地，所述混合溶液中钨源的浓度为0.5～2mmol/L。较佳地，所述强酸为硫酸、盐酸、硝酸、高氯酸中的至少一种。较佳地，所述过氧化氢(H2O2)和钨源的摩尔比为(20～40):1。较佳地，所述搅拌的方式为磁力搅拌、或超声辅助下磁力搅拌；所述磁力搅拌的转速为1000～2000转/分钟，时间为10～30分钟；优选地，所述超声辅助的频率为25kHz～40kHz。较佳地，所述负电位大小为-0.4～-0.8V。较佳地，所述沉积的温度为5～50℃，所述沉积的时间为100秒以上、优选为100～3000秒、更优选为300～3000秒。较佳地，所述透明导电衬底为具有透明导电层的透明导电玻璃、具有透明导电层的透明导电聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、具有透明导电层的透明导电聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)和具有透明导电层的透明导电聚酰亚胺(PI)薄膜中的至少一种，所述透明导电层为掺氟氧化锡(FTO)、掺锡氧化铟(ITO)中的一种。较佳地，所述三电极电沉积体系还包括对电极和参比电极。又，较佳地，所述对电极可为铂电极、石墨电极中的一种，所述参比电极可为银/氯化银电极、甘汞电极中的一种。再一方面，本专利技术还提供了一种包含上述的钼掺杂非晶三氧化钨电致变色薄膜的电致变色电极。作为一个示例，电致变色电极可包括透明导电衬底、以及形成在透明导电衬底上的钼掺杂非晶三氧化钨电致变色薄膜。本专利技术可以直接在导电衬底上制备出钼掺杂非晶的三氧化钨薄膜，该方法具有低成本、易操作、产品电致变色性能优异以及可重复性好等特点，利于钼掺杂非晶三氧化钨电致变色薄膜的大规模生产。附图说明图1为实施例1制得的钼掺杂非晶三氧化钨的扫描电子显微(SEM)图；图2为实施例1制得的钼掺杂非晶三氧化钨的X射线衍射(XRD)图；图3为实施例2制得的钼掺杂非晶三氧化钨的SEM图；图4为实施例2制得的钼掺杂非晶三氧化钨的XRD图；图5为实施例3中，由含不同钨钼原子比的电化学沉积液(a：0.01；b：0.02；c：0.05)电化学沉积制得的钼掺杂非晶三氧化钨的SEM图；图6为实施例3中由不同钨钼原子比的电化学沉积液所制得的三种钼掺杂非晶三氧化钨薄膜的光电子能谱(XPS)表征图谱；图7为实施例3中由不同钨钼原子比的电化学沉积液所制得的三种钼掺杂非晶三氧化钨薄膜钼的3d峰的XPS精细谱表征图谱；图8为实施例3中由不同钨钼原子比的电化学沉积液所制得的三种钼掺杂非晶三氧化钨的电致变色性能表征图谱，其中a为钼掺杂非晶三氧化钨薄膜的循环伏安曲线，b为钼掺杂非晶三氧化钨薄膜在-1.0V下着色，在+1.0V下退色的透过率曲线；图9为实施例3中由钼钨原子比为0.02的钼掺杂非晶三氧化钨薄膜所测得的在633nm处原位透过率对时间变化图谱a和着色效率图b，a展示了其着色褪色反应时间；图10为本专利技术中钼掺杂非晶三氧化钨电致变色薄膜的制备流程示意图以及实物图。具体实施方式以下通过下述实施方式进一步说明本专利技术，应理解，下述实施方式仅用于说明本专利技术，而非限制本专利技术。在本公开中，钼掺杂非晶氧化钨电致变色薄膜形成在导电衬底上，成分为钼掺杂三氧本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种钼掺杂非晶三氧化钨电致变色薄膜，其特征在于，所述钼掺杂非晶三氧化钨电致变色薄膜的成分为非晶态的钼掺杂三氧化钨；所述钼掺杂非晶三氧化钨电致变色薄膜中钨原子和钼原子的摩尔比为1:（0.001～0.2），优选为1:（0.01～0.1）。

【技术特征摘要】
1.一种钼掺杂非晶三氧化钨电致变色薄膜，其特征在于，所述钼掺杂非晶三氧化钨电致变色薄膜的成分为非晶态的钼掺杂三氧化钨；所述钼掺杂非晶三氧化钨电致变色薄膜中钨原子和钼原子的摩尔比为1:（0.001～0.2），优选为1:（0.01～0.1）。2.根据权利要求1所述的钼掺杂非晶三氧化钨电致变色薄膜，其特征在于，所述钼掺杂非晶三氧化钨薄膜的厚度为50～1000nm。3.根据权利要求1或2所述的钼掺杂非晶三氧化钨电致变色薄膜，其特征在于，所述钼掺杂非晶三氧化钨薄膜的光调制范围在可见光波段为50～90%，着色效率为40～90cm2/C，着色响应时间为2～5s，退色响应时间为2～3s。4.一种如权利要求1-3中任一项所述的钼掺杂非晶三氧化钨电致变色薄膜的制备方法，其特征在于，包括：将钨源、钼源溶于水中，得到混合溶液；加入过氧化氢H2O2和强酸，调节混合溶液pH值至1～2并搅拌均匀，得到电化学沉积液；将作为工作电极的透明导电衬底置于所得电化学沉积液中并施加负电位，采用三电极电沉积体系，利用恒电位电沉积法沉积钼掺杂非晶三氧化钨电致变色薄膜。5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述钨源为二水合钨酸钠、钨酸铵、钨酸锌中的至少一种，优选为二水合钨酸钠；所述钼源为钼酸钠、钼酸铵、钼酸锌中的至...

【专利技术属性】
技术研发人员：李效民，谢思杰，毕志杰，陈永博，高相东，
申请(专利权)人：中国科学院上海硅酸盐研究所，
类型：发明
国别省市：上海,31