高倾角WO<sub>3</sub>沉积实现快速响应的水系锌离子电致变色

陈硕; 邢开笑; 吕营; 姚鑫鑫; 李盼; 郭晓阳; 王铁男; 李晓天; 刘星元

doi:10.37188/CJL.20250031

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高倾角WO₃沉积实现快速响应的水系锌离子电致变色

材料合成及性能 | 更新时间：2026-01-27

- 高倾角WO₃沉积实现快速响应的水系锌离子电致变色
  增强出版
- High-inclination WO₃ Deposition Enabled Fast-response Aqueous Zinc-ion Electrochromism
- 发光学报 2025年46卷第6期页码：1082-1094
- 作者机构：
  
  1.中国科学院长春光学精密机械与物理研究所特种发光科学与技术全国重点实验室，吉林长春 130033
  2.中国科学院大学，北京 100049
  3.中国科学院长春光学精密机械与物理研究所光栅技术研究中心，吉林长春 130033
- 作者简介：
  
  [ "陈硕（1999-），男，江苏宿迁人，硕士研究生，2022 年于盐城师范学院获得学士学位，主要从事电致变色智能光热调控材料、器件及应用的研究。E-mail：chenshuo221@mails.ucas.ac.cn" ]
  [ "吕营（1986-），女，吉林省吉林市人，博士，副研究员，2013年于吉林大学获得博士学位，主要从事电致变色智能光热调控材料、器件及应用的研究。" ]
- 基金信息：
  
  Jilin Provincial Scientific and Technological Development Program(20230508109RC;20230201051GX;20220201091GX);National Natural Science Foundation of China(62035013;61275235)
- DOI：10.37188/CJL.20250031
  中图分类号： O482.31
- CSTR：32170.14.CJL.20250031
- 收稿：2025-02-13，
  
  修回：2025-02-21，
  
  纸质出版：2025-06-25
- 稿件说明：
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陈硕,邢开笑,吕营等.高倾角WO₃沉积实现快速响应的水系锌离子电致变色[J].发光学报,2025,46(06):1082-1094.

CHEN Shuo,XING Kaixiao,LYU Ying,et al.High-inclination WO₃ Deposition Enabled Fast-response Aqueous Zinc-ion Electrochromism[J].Chinese Journal of Luminescence,2025,46(06):1082-1094.
陈硕,邢开笑,吕营等.高倾角WO₃沉积实现快速响应的水系锌离子电致变色[J].发光学报,2025,46(06):1082-1094. DOI： 10.37188/CJL.20250031. CSTR： 32170.14.CJL.20250031.

CHEN Shuo,XING Kaixiao,LYU Ying,et al.High-inclination WO₃ Deposition Enabled Fast-response Aqueous Zinc-ion Electrochromism[J].Chinese Journal of Luminescence,2025,46(06):1082-1094. DOI： 10.37188/CJL.20250031. CSTR： 32170.14.CJL.20250031.

摘要

水系锌离子电致变色技术因其优异的安全性和成本效益，在智能窗户、热管理、显示器和伪装等领域展现出广阔的应用前景。然而，受限于锌离子尺寸大、库仑相互作用强等特性，传统无机电致变色材料（如WO

）在水系锌离子电解质中普遍面临离子扩散动力学慢、光学对比度低等问题，制约了其实际应用。本文采用掠射角沉积法制备了有序 WO

纳米刷薄膜，显著提升了水系电致变色性能。与致密薄膜相比，具有44.6%孔隙率的有序WO

纳米刷薄膜展现出出色的抗反射特性和优异的综合电致变色性能：其着色和漂白响应速度分别为 3.6 s和 1.2 s，在700 nm波长处的光学对比度高达66.6%，着色效率达64.3 cm

·C

-1

。基于此，我们还成功制备了具有快速颜色切换功能的大面积（17 cm × 12 cm）电致变色原型器件。通过机理分析发现，有序多孔纳米刷结构为电子传输提供了直接路径，并增大了界面接触面积，从而协同提升了材料的电化学活性和氧化还原动力学。相关研究为优化氧化钨基水系锌离子电致变色材料和器件性能提供了一种简单而有效的策略。

Abstract

Aqueous zinc-ion electrochromic （EC） technology， boasting the capability to fulfill both safety and cost-effectiveness requirements， is garnering extensive attention in various application areas including smart windows， thermal management， displays， and camouflage. However， typical inorganic EC materials， such as tungsten oxides （WO

）， often suffer from slow ion diffusion kinetics and limited optical contrast within the aqueous Zn

electrolyte because of the large size and strong Coulombic interactions of the Zn

， which limits their wide applicability. Here， ordered WO

nanowire films， constructed by a one-step grazing angle deposition method， is demonstrated to boost the response speed and optical contrast during EC phenomena. Compared with dense films， the ordered WO

nanowire films with a porosity of 44.6% demonstrate anti-reflective property and excellent comprehensive EC performance， including fast response time （3.6 s and 1.2 s for coloring and bleaching， respectively）， large optical contrast （66.6% at 700 nm）

and high coloration efficiency （64.3 cm

·C

-1

）. A large-area prototype EC device （17 cm × 12 cm） with fast color-switching is also successfully achieved. Mechanistic studies show that the improved performance is mainly due to the ordered porous nanowire structures， which provides direct electron transfer paths and sufficient interfacial contacts， thus simultaneously enhancing the electrochemical activity and fast redox kinetics. This study provides a simple and effective strategy to improve the performance of tungsten oxide-based aqueous zinc ion EC materials and devices.

关键词

Keywords

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