Elektrokroma (EC) enheter har betraktats som lovande kandidater för energibesparande smarta fönster, nästa generations displayer och bärbar elektronik. Monovalenta joner såsom H ⁺ och Li ⁺ baserade elektrolyter är riktmärket för införande joner för EC-enheter men har allvarliga begränsningar som höga kostnader och instabilitet i kombination med att de är svåra att hantera. Att söka multivalenta elektrolyter är ett effektivt alternativ för att förbereda högpresterande EC-enheter; Tyvärr är de relaterade rapporterna för närvarande begränsade till EG-material av volframoxid. Forskare i Kina avslöjar effekten av olika valenskatjoner på EC-egenskaperna hos titandioxid nanokristaller (NC), vilket kan ge några nya riktningar för utvecklingen av utmärkta EC-enheter med långtidsstabilitet och hållbarhet.

De publicerade sitt arbete den 3 augusti i Energy Material Advances .

"Det är av stor betydelse att söka efter alternativa billiga, stabila och snabba införande joner i EC-enheter för att uppnå kostnadseffektiv och snabb EC-applikation", säger motsvarande författare Sheng Cao, docent vid School of Physical Science and Engineering Technology, Guangxi universitet. "För närvarande finns det många EC-material med Li ⁺ och H ⁺ som elektrolyter, men de har fortfarande vissa problem, som hindrar den fortsatta utvecklingen."

Cao förklarade att multivalenta joner som insättningjonelektrolyter avsevärt kan förbättra EC-prestandan eftersom antalet elektroner per multivalent metalljon interkaleras i ramverket än Li ⁺ eller andra envärda joner.

"Zn ²⁺ anses vara överlägsen andra för att utlösa elektrokromismen på grund av dess förenklade beredningsprocess och otoxicitet," sa Cao. "Dessutom, EC-anordningen av trivalent Al ³⁺ joninterkalering har väckt stor uppmärksamhet på grund av dess rika skorplagring, små jonradie, höga optiska kontrast, säkerhet och tillförlitlighet.

På grund av den starka elektrostatiska interaktionen mellan flervärda joner och interkaleringsramverket finns det dock stora svårigheter i interkaleringsprocessen. Enligt Cao fokuserar rapporterna om EC-prestanda som drivs av olika valenskatjoner hittills huvudsakligen på de klassiska EC-materialen av volframoxid, och det finns en brist på systematisk forskning om andra EC-material. Titandioxid (TiO₂ ) är ett mycket potentiellt kandidatmaterial på grund av dess utmärkta fysikaliska, kemiska stabilitet och syrabeständighet. Det finns dock fortfarande ingen rapport om TiO₂ för trevärda joner elektrokemiska celler från EG-gemenskapen eller systematisk forskning om EG-prestanda driven av olika valensjoner ännu.

Utmaningen är den starkare Coulomb jongitterinteraktionen mellan flervärda joner än monovalenta joner, Cao sa att volfram dopar in TiO₂ kan minska interkalationsenergin hos joner och aktivera dess elektrokroma egenskaper. Cao och hans team utforskar EC-egenskaperna hos anatas W-dopad TiO₂ NCs i olika valenskatjoner (dvs Li ⁺ , Zn ²⁺ och Al ³⁺ ) genom in-situ transmissionsspektroskopi och elektrokemiska tester.

"Experimentella resultat och teoretiska beräkningar visar att Zn ²⁺ kan ge erforderlig snabb omkoppling, hög kontrast och hög stabilitet för EC-enheter," sa Cao. "Forskningsresultaten är av stor betydelse för grundforskningen inom området elektrokromism och öppnar en ny riktning för att förverkliga långsiktig stabil , hållbara och snabbt växlande enheter." + Utforska vidare

Ny bärardopning i halvledare av p-typ förbättrar fotovoltaiska enheters prestanda genom att öka hålkoncentrationen