电致变色通常指，材料在受到电场的影响下发生颜色变化的现象。电致变色技术的应用场景广泛，包括智能窗户、光学滤波片和电子显示器等。
在智能窗户中，它们可以通过调整其颜色，控制室内外的光线进入量以及温度，从而实现能耗的优化。在太阳能电池板中，电致变色材料可以帮助太阳能电池板更好地吸收阳光，并提高太阳能电池板的效率。在电子显示器中，电致变色材料可以用来控制像素的颜色，从而实现高清晰度的图像显示。
最近几年，随着电致变色领域技术的进步，电致变色器件的性能也显著提升。但是，传统的电致变色器件因其局限性，始终不能达到最佳的节能效果。例如，其不能调控单一电极的颜色、依赖外界电压的驱动来实现颜色的转换等。
(资料图)
图 | 李海增（来源：）
基于此，山东大学教授课题组研发了一种具有双重调节机制的“锌”型电致变色器件。相较于传统电致变色器件，“锌”型电致变色器件最大的不同在于，可通过“自发”放电进行色彩转换。也正因为该优势，“锌”型电致变色器件在着色过程中所使用的能量能回收其中的一部分。
双重调节机制，意味着“锌”型的电致变色器件实现了对双向色彩的调控。从应用层面来看，该新型电致变色器件模型能用来开发多功能光学器件。
图丨（a）双模式电致变色器件工作原理；（b）锌型电致变色器件能级图；（c）双模式电致变色器件能级图（来源：Advanced Functional Materials）
审稿人对该研究评价称：“（作者们）打破了固定的器件模式。其所提出的摇椅型电致变色器件的机制相当有趣，令人印象深刻。”并认为，这款具有双重调节机制的电致变色器件“将提供一个新的范例，可作为未来电致变色领域相关工作的起始点，是一个意义重大的研究”。
图 | 相关论文（来源：Advanced Functional Materials）
日前，相关论文以《一种融合“锌”型与摇椅型的双模式电致变色器件》（）为题发在 Advanced Functional Materials 上 [1]。
山东大学博士后张梧是该论文第一作者，教授、加拿大阿尔伯塔大学阿卜杜勒哈基姆·厄莱扎比（）教授为论文的共同通讯作者。
（来源：Joule）
早在 2019 年，教授就提出了“锌”型电致变色器件的概念 [2]。传统电致变色器件中的离子储存层，可以被额外一层电致变色层代替。在这种双电致变色层的作用下，“锌”型电致变色器件实现了 77% 的光学对比度调控，该数值为截至目前被报道的最大数值 [3]。
此外，通过颜色叠加作用，“锌”型电致变色显示器可用于构建多彩显示器 [4]，进而发展出具有二维色彩空间调节机制的“锌”型电致变色显示器件 [5]。
（来源：Advanced Functional Materials）
另一方面，这种“锌”型电致变色器件还能与光伏太阳能板相结合 [6]。这种结合器件以自身内部电压实现褪色，再以太阳板提供的电压实现着色。因此，这一器件完全脱离外接电压的需求，同时可为外部电路供电。
在“锌”型电致变色器件中，由于“锌”阳极与电致变色材料间的电势差，“锌”型电致变色器件能表现出一种单向的自发着色机制，这是一种自发的放电过程。
（来源：Advanced Materials）
2022 年，教授提出，利用普鲁士蓝与氧化钨之间的电势差，实现电致变色器件自主褪色的想法。
在查阅相关资料后他发现，通过调整电解液，普鲁士蓝与氧化钨之间的电势差发生了变化。为实现最好的电致变色性能，在通过重复实验将结果比较后，研究人员确定了电解液的参数设置。
结合电池领域的专业术语，教授团队将这一全新的，利用工作电极和对电极的能级差进而实现变色的器件命名为“摇椅型电致变色器件”。
（来源：Advanced Functional Materials）
在不断通过测试验证猜想的过程中，该课题组对能级差机理的理解越来越深刻。在反复几次将猜想推翻和重新建立后，构建了双模式电致变色器件的机理，确定了具有双重自发着色功能的可逆电致变色器件，进一步提高了器件的可操作性与灵活性。
目前，课题组在继续对“锌”型以及摇椅型电致变色器件进行相关研究，他们相信这一有趣的器件构造能够实现更多、更新颖的效果。例如，用其他的电致变色材料替换该研究中使用的普鲁士蓝和氧化钨，有望发展出多种自变色的电致变色器件。
此外，在实际的应用中，提高器件的循环稳定是必须克服的难点之一，需要进一步对器件与材料的研究。因此，课题组成员未来将在该方向进行重点研究。
参考资料：
1.Zhang, W.; Li, H.; Elezzabi, A. Y.“A dual-mode electrochromic platform integrating zinc anode-based and rocking-chair electrochromic devices.”Advanced Functional Materials, 2300155 (2023). https://doi.org/10.1002/adfm.202300155
2.Li, H. Z., McRae, L., Firby, C. J. & Elezzabi, A. Y. Rechargeable aqueous electrochromic batteries utilizing Ti substituted tungsten molybdenum oxide based Zn2+ ion intercalation cathodes. Advanced Materials 31, 1807065 (2019). https://doi.org/10.1002/adma.201807065
3.Li, H. Z., Firby, C. J. & Elezzabi, A. Y. Rechargeable aqueous hybrid Zn2+/Al3+ electrochromic batteries. Joule 3, 2268-2278 (2019). https://doi.org/10.1016/j.joule.2019.06.021
4.Zhang, W.; Li, H.; Yu, W. W.; Elezzabi, A. Y.“Transparent inorganic multicolor displays enabled by zinc-based electrochromic devices.”Light: Science & Applications 9, 121 (2020). https://doi.org/10.1038/s41377-020-00366-9
5.Zhang, W.; Li, H.; Elezzabi, A. Y.“Electrochromic displays having two-dimensional CIE color space tunability.”Advanced Functional Materials 32, 202108341 (2022). https://doi.org/10.1002/adfm.202108341
6.Li, H.; Zhang, W.; Elezzabi, A. Y.“Transparent zinc-mesh electrodes for solar-charging electrochromic windows.”Advanced Materials 32, 2003574 (2020). https://doi.org/10.1002/adma.202003574
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