一种锌型智能电致变色阴极材料及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种镧、钠共掺杂氧化钒(LaSVO)薄膜的制备方法，包括将五氧化二钒加入到氯化钠溶液中，加入六水合硝酸镧混合均匀形成褐色悬浮液，将褐色悬浮液纯化配制成前驱体溶液，加入成膜助剂，均匀涂在ITO玻璃上形成LaSVO薄膜。本发明专利技术还提供了一种镧、钠双金属共掺杂氧化钒无机锌基电致变色阴极材料，所述的阴极材料为复合结构，即表面涂覆有LaSVO薄膜的ITO玻璃。本发明专利技术的LaSVO阴极材料通过与不掺杂镧元素的电极和少量掺杂镧元素的电极进行对比，显示出具有非常高的电化学活性，褪色与着色时鲜明的颜色对比，极快的颜色切换以及优异的循环稳定性。异的循环稳定性。异的循环稳定性。

【技术实现步骤摘要】
一种锌型智能电致变色阴极材料及其制备方法


[0001]本专利技术属于电致变色材料领域，具体而言，涉及一种锌型智能电致变色阴极材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]电致变色(Electrochromic，EC)材料的特征是在外电压驱动下，其光学性能发生可逆和持久稳固的变化，外观上表现为颜色和透明度的变化。
[0003]电致变色玻璃(智能窗)是一种新型节能建筑材料，其结构一般由玻璃、透明导电层、电致变色层、电解质层、离子存储层、透明导电层和玻璃组成。V2O5材料是唯一一种既能作为变色材料又能作为离子储存材料的具有双极性电致变色特性的氧化物材料，其典型的层状结构有利于氧化还原过程中金属离子的插入和脱出。V2O5材料是电致变色材料中获得研究最为广泛的氧化物，其可以跟随的电压变化表现出黄色，绿色、蓝色以及中间状态的多种颜色变化，因此具有显色对比度高，颜色变换种类丰富的特点。然而作为电极材料V2O5也存在着循环性能差、响应时间长、透过率低等许多问题。为了提高电极材料的电化学性能，众多学者在过去几年研究了四种典型的方法：(1)制备纳米结构的五氧化二钒电极材料，该材料可以显著缩短锂离子的扩散距离，并增加电极和电解质之间的接触面积；(2)通过加入碳材料提高五氧化二钒的导电性；(3)通过表面涂层提高五氧化二钒的电化学稳定性；(4)掺杂金属阳离子。研究表明，掺杂金属阳离子是提高材料电化学性能非常有效且有前途的方法。
[0004]如今许多学者通过掺杂其他金属离子来改善V2O5材料的电化学性能。Chen等人的研究表明，在V2O5中掺杂稀土元素钐(Sm)，镝(Dy)会使其可见光透过率调制范围变大；Jaya等人通过掺杂锰(Mn)和铋(Bi)，使V2O5薄膜可见光透过率提高。但是掺杂以上金属元素会使薄膜在还原态时具有颜色，影响器件褪色态的透过率。为了解决光学透过率的问题，可以选择掺杂钛(Ti)，Ozer等人和Lee等人观察到，适量的钛掺杂可以提高V2O5的循环稳定性和电荷容量，钛不仅可以降低V2O5的阴极着色效应同时还可以增强薄膜与基板的结合。还有Jinjun He等人为了增强水性锌离子电池中锌离子的储存能力并改善五氧化二钒(VO)阴极的循环稳定性，将镧(La)掺杂在VO中促进了LaVO4的形成，其显示出更大的晶面间距、更高的电导率、优异的锌离子扩散效率和良好的循环稳定性(2000次循环后无衰减)。但上述内容主要是改进V2O5材料的电化学性能，对V2O5的电致变色性能研究较少。

技术实现思路

[0005]基于现有技术的问题，本专利技术提供了一种镧、钠共掺杂氧化钒(LaSVO)薄膜，使薄膜的部分电化学、光学性能和电致变色性能有了不同程度的提高，如电化学活性、光调制范围、响应时间或循环稳定性，从而获得一种性能更加优异的锌型智能电致变色器件。
[0006]为了实现本专利技术的目的，采用了如下技术方案：
[0007]一种镧、钠共掺杂氧化钒(LaSVO)薄膜的制备方法，包括如下步骤：
[0008](1)将五氧化二钒加入到氯化钠溶液中混合均匀，再向其中加入六水合硝酸镧混合均匀形成褐色悬浮液；
[0009](2)将褐色悬浮液加入去离子水纯化，然后离心，再经过超声处理，加入去离子水以配制成前驱体溶液；
[0010](3)再向前驱体溶液中加入成膜助剂，混合均匀成LaSVO糊状物；
[0011](4)采用棒涂法将其均匀涂在ITO玻璃上，然后退火，在ITO玻璃上形成了LaSVO薄膜。
[0012]进一步地，所述步骤(1)中，所述氯化钠溶液为2mol/L；所述五氧化二钒和氯化钠溶液的质量体积之比为1g：15mL；所述五氧化二钒和氯化钠溶液的混合时间为96h以上；所述六水硝酸镧与五氧化二钒的质量比为1～2：1；所述加入六水合硝酸镧后的混合时间为24h以上。
[0013]所述步骤(2)中，所述离心的离心机转速为10000r/min，单次离心时间为8～10min；所述超声处理过程时间为0.5～1h；所述前驱体溶液浓度为8～15mg/mL。
[0014]所述步骤(3)中，所述成膜助剂为羟甲基纤维素(HMC)、羟乙基纤维素(HEC)、羧甲基纤维素(CMC)等。
[0015]所述步骤(3)中，所述成膜助剂与前驱体溶液的质量体积比为0.6～0.8g：30mL；所述加入成膜助剂后搅拌混合6h以上。
[0016]所述步骤(4)中所述的ITO玻璃大小为5cm
×
5cm；所述退火温度为180℃，退火时间为20h。
[0017]本专利技术还提供了本专利技术所述制备方法得到的一种用于电致变色材料的镧、钠共掺杂氧化钒(LaSVO)薄膜。
[0018]本专利技术还提供了一种锌型智能电致变色阴极材料，所述阴极材料包括ITO玻璃和涂覆在ITO玻璃上的本专利技术所述的用于电致变色材料的镧、钠共掺杂氧化钒(LaSVO)薄膜。
[0019]进一步地，所述阴极材料与金属锌的阳极材料、ZnCl2溶液电解液可实现电致变色过程。
[0020]本专利技术还提供了所述LaSVO薄膜电致变色性能的测试方法，所述阴极材料为LaSVO薄膜，所述的阳极材料为金属锌，所述的电解液为1M ZnCl2溶液(pH≈5)，用电化学工作站对本专利技术的LaSVO薄膜阴极材料施加2.2V的恒定电压，实现电致变色器件的褪色过程；施加0.1V的恒定电压，实现器件的着色过程。
[0021]与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：
[0022]1、本专利技术首次提供了一种镧、钠双金属共掺杂氧化钒(LaSVO)薄膜材料，相对于氧化钒薄膜或者仅掺杂钠的氧化钒薄膜，部分电化学、光学性能或电致变色性能有了不同程度的提高，如电化学活性、光调制范围(颜色对比度)、响应时间(变色速度)或循环稳定性(寿命)。
[0023]2、本专利技术的镧、钠共掺杂氧化钒(LaSVO)薄膜的制备方法简单，方便工业化生产。
附图说明
[0024]为了更清楚地说明本专利技术具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的
附图是本专利技术的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0025]图1为退火完成时附着在ITO玻璃上的LaSVO(实施例1)薄膜的数码照片。
[0026]图2为LaSVO(实施例1)分别在不同电压下显示出不同颜色的数码照片，从左至右分别为0.1V，1.2V，2.2V。
[0027]图3为LaSVO(实施例1)与ITO/LaSVO(实施例1)断面的扫描电子显微镜照片。
[0028]图4为LaSVO(实施例1)的透射电子显微镜照片与元素分布图像。
[0029]图5为LaSVO(实施例1)、SVO(对比例1)、LaSVO(对比例2)分别在1M ZnCl2溶液(pH≈5)中的循环伏安(CV)曲线图像。
[0030]图6为LaSVO(实施例1)、SVO(对本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种镧、钠共掺杂氧化钒薄膜的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)将五氧化二钒加入到氯化钠溶液中混合均匀，再向其中加入六水合硝酸镧混合均匀形成褐色悬浮液；(2)将褐色悬浮液加入去离子水纯化，然后离心，再经过超声处理，加入去离子水以配制成前驱体溶液；(3)再向前驱体溶液中加入成膜助剂，混合均匀成镧、钠共掺杂氧化钒糊状物；(4)采用棒涂法将其均匀涂在ITO玻璃上，然后退火，在ITO玻璃上形成了镧、钠共掺杂氧化钒薄膜。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中，所述氯化钠溶液为2mol/L；所述五氧化二钒和氯化钠溶液的质量体积之比为1g：15mL；所述五氧化二钒和氯化钠溶液的混合时间为96h以上；所述六水硝酸镧与五氧化二钒的质量比为1～2：1；所述加入六水合硝酸镧后的混合时间为24h以上。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中，所述离心的离心机转速为10000r/min，单次离心时间为8～10min；所述超声处...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱倩倩，李海增，宋兆洋，贾梓睿，曹轩卿，刘世钊，
申请(专利权)人：青岛大学，
类型：发明
国别省市：