五邑大学应用物理与材料学院，广东 江门 529020
电解质为电致变色器件的变色提供离子，是器件中不可缺少的一部分。然而，目前对电解质层的研究主要集中在复合电解质和极限浓度，少有探究电解质浓度对电致变色性能的影响规律和机理，尤其是循环稳定性。因此，本文系统研究了高氯酸锂（LiClO4）电解质浓度（0.1、0.5、1.0、2.0 mol/L）对氧化钨（WO3）薄膜循环前后电致变色性能的影响，及对其循环稳定性的作用机理。结果表明，当LiClO4浓度为1.0 mol/L时，WO3薄膜表现出最短的着色/褪色时间，初始电荷储存量高达25.2 mC?cm-2，6000圈伏安（CV）循环后，衰退率仅为25.4%，表现出最佳的循环稳定性。该研究详细介绍了电解质浓度对WO3薄膜电致变色性能及其循环稳定性的影响规律及作用机理，对WO3基电致变色器件的设计和制备具有重要的指导意义。
电致变色性能 氧化钨 电解质浓度 循环稳定性 光学学报
2023, 43(23): 2331003
1 太原学院 材料与化学工程系，山西 太原 030032
2 哈尔滨工业大学 材料科学与工程学院，黑龙江 哈尔滨 150001
为了实现在无外加电源情况下对紫外光的长时间探测，基于WO3纳米片制备了具有自供能特性的紫外探测器。采用水热法在FTO玻璃衬底上成功制备了WO3纳米片阵列，并通过SEM、XRD等手段对样品进行分析，研究结果显示，长度约为2 μm、厚度约为200 nm的单斜相WO3纳米片均匀致密地生长并覆盖在整个衬底表面。制备的WO3纳米片的光吸收范围集中在紫外波段，对330~440 nm的光具有强的吸收能力。以WO3纳米片为工作电极制备了紫外探测器，测试结果表明，WO3纳米片紫外探测器能够在无外加偏压的情况下有效探测紫外光，且具有自供能特性。探测器的光电性能表现出高光响应电流（约为171 μA）和快速响应特性（上升时间约为25.7 ms，下降时间约为38.7 ms），并在多次紫外光开/关下保持良好的稳定性与重复性。
紫外探测器 三氧化钨 纳米片 水热法 ultraviolet detector WO3 nanosheets hydrothermal method 光学 精密工程
2023, 31(13): 1871
1 五邑大学应用物理与材料学院，广东 江门 529020
2 五邑大学柔性传感材料与器件研究开发中心，广东 江门 529020
采用磁控溅射法制备氧化钨（WO3），基于电流驱动模型设计制备无需对电极层的新型窗帘式电致变色器件，并对器件的边框、WO3薄膜的最佳厚度和离子储存区尺寸进行了系统优化。结果表明，制备得到的WO3薄膜在550 nm波长处的调制率高达78%，1000圈循环伏安曲线测试后电荷储量衰减率仅为3.5%；设计的窗帘式器件显色区域高度可控，且消除了对电极对器件性能的影响。该研究为电致变色器件结构创新提供了新思路。
薄膜 氧化钨 电致变色 窗帘式 结构简化
1 中北大学化学与化工学院, 太原 030051
2 中国环境科学研究院, 北京 100012
3 太原理工大学环境科学与工程学院, 太原 030024
国家高度重视新污染物治理, 抗生素作为重点管控新污染物, 其去除技术受到广泛关注, 基于光催化降解抗生素的水处理技术成为研究热点。采用水热法制备了WO3, 并采用室温沉淀法成功构建了S型异质结BiOBr/WO3光催化剂。与BiOBr和WO3相比, S型异质结的形成提高了光催化活性, 降低了光生电子空穴对复合率, 其中质量分数为20%的BiOBr/WO3复合材料光催化性能最好, 在120 min内对环丙沙星的降解率可达94.93%。电子自旋共振和自由基捕获实验表明·O2-是光催化降解中的主要活性组分。高效液相色谱-质谱联用仪检测结果表明降解过程中产生了6种中间体, 并最终矿化为CO2、H2O和其他无机离子。
三氧化钨 溴氧化铋 环丙沙星 光催化 S型异质结 tungsten trioxide bismuth oxybromide ciprofloxacin photocatalytic S-scheme heterojunction
上海电力大学电子与信息工程学院，上海 200120
采用钨粉过氧化聚钨酸法制备三氧化钨溶胶，并掺杂氯铂酸。采用旋涂法制备含有铂的氢致变色三氧化钨（Pt-WO3）纳米薄膜。采用X射线衍射仪、场发射扫描电子显微镜和X射线能谱分析等方法分析薄膜的性质，测试结果表明：薄膜为非晶态；薄膜表面平整，没有凸起及裂痕，金属单质铂均匀分布在薄膜表面；薄膜表面均匀分布着三氧化钨分子，呈疏松多孔结构。搭建透射式光纤氢气传感系统，当氢气分子存在时，掺杂铂的三氧化钨薄膜在铂的催化下发生化学反应，进而改变薄膜的折射率，通过测试透射光强变化情况反演氢气浓度。研究结果表明，匀胶机转速为3100 r/min、旋涂时间为60 s、退火温度为400 ℃、退火时间为60 min的条件下制备的Pt-WO3薄膜，在体积分数5%的H2下通氢响应时间约为62 s，通氢前后信号响应幅值变化率约为91.54%，并且该薄膜具有良好的重复性和稳定性。
薄膜 光纤氢气传感 铂-三氧化钨 氢敏薄膜 溶胶凝胶 激光与光电子学进展
2023, 60(7): 0731001
1 辽宁石油化工大学石油化工学院, 辽宁 抚顺 113001
2 辽宁石油化工大学环境与安全工程学院, 辽宁省先进清洁能源材料化学工程实验室, 辽宁 抚顺 113001
本文以二水合钨酸钠为主要原料, 通过水热方法将单斜相氧化钨原位生长在六方相氧化钨表面, 从而构建了单斜相/六方相“异相结”氧化钨光催化剂(m/h-WO3)。XRD、Raman和SEM的结果表明, 通过控制反应溶液的浓度, 可以实现m/h-WO3“异相结”中单斜相/六方相的组成调控。可见光下降解罗丹明B的实验结果表明, 相较于单斜相和六方相WO3, m/h-WO3具有更高的光催化活性, 而且m/h-WO3中六方相和单斜相的组成是影响光催化性能的主要因素之一, 5% m/h-WO3展现了显著的光催化降解能力, 降解速率分别为六方相和单斜相WO3的7.6倍和5.0倍。SPV表征结果表明, m/h-WO3“异相结”, 特别是具有合适晶相组成的m/h-WO3可以显著提高光生电子和光生空穴的分离效率, 从而提高光催化性能。
光催化 氧化钨 异相结 罗丹明B Photocatalysis Tungsten oxide Phase junction Rhodamine B
WO3电致变色器件具有变色响应时间短、光学对比度高等优点, 在汽车后视镜、智能窗等领域具有重要应用。近年来, 随着可穿戴电子设备的迅速发展, 柔性WO3薄膜的制备成为柔性电致变色器件领域的研究热点。但WO3结晶温度较高, 而受聚合物衬底可耐受温度的限制, 通常需要采用磁控溅射、电子束蒸镀等真空气相沉积技术制备晶态柔性WO3薄膜。此技术对设备要求高, 且所制备的薄膜结构较致密, 不利于电解液的渗透和电解质离子的快速脱嵌。采用液相回流化学法预合成了结晶态WO3·H2O微米片粉体, 首次采用乙醇胺等胺类分子使WO3·H2O强化解离为高度分散的纳米粒子胶体溶液, 经旋转涂覆液相成膜技术制备成柔性晶态WOx薄膜并应用于柔性电致变色器件。机理研究表明, 胺基官能团与WO3·H2O微米片的强界面相互作用产生的电荷斥力使其迅速解离。所制备的柔性WOx电致变色器件的着色和褪色时间分别为5.9 s和5.4 s, 着色效率最高可达146.7 cm2/C, 经200次弯折后仍具有较好的性能。
柔性 电致变色 氧化钨 强化解离 flexible electrochromism tungsten oxide intensified dissociation
1 沈阳化工大学 机械与动力工程学院，沈阳042
2 中国科学院过程工程研究所 多相复杂系统国家重点实验室，北京100190
以WCl6和NiCl2·6H2O为钨源和镍源、PVP为表面活性剂、无水乙醇为溶剂，采用溶剂热法制备得到非化学计量比的W18O49和Ni掺杂W18O49纳米线（Ni⁃W18O49），并利用雾化沉积法将W18O49和Ni⁃W18O49纳米线喷涂在柔性ITO⁃PET透明导电基底得到W18O49/ITO⁃PET和Ni⁃W18O49/ITO⁃PET电致变色薄膜。测试结果表明，Ni掺杂使W18O49/ITO⁃PET电致变色薄膜着色/褪色响应时间由16.5 s/8.2 s减小为10 s/5.8 s，着色效率由56 cm2·C-1增至74 cm2·C-1。Ni⁃W18O49/ITO⁃PET电致变色薄膜经1 500次充放电后容量保持率仍为70%。Ni掺杂W18O49使W5+和氧空位含量增加，降低电荷转移阻力，从而改善电致变色性能。
镍掺杂 氧化钨 电致变色薄膜 溶剂热法 柔性基底 Ni-doping W18O49 electrochromic film Solvothermal method flexible substrate
1 1. 北京工业大学 材料与制造学部 新型功能材料教育部重点实验室, 北京 100124
2 2.北京工业大学 工业大数据应用技术国家工程实验室, 北京 100124
3 3.北京工业大学 北京古月新材料研究院, 北京 100124
4 4.北京工业大学 首都资源循环材料技术省部共建协同创新中心, 北京 100124
纳米氧化钨作为一种具有独特物理化学性质的半导体功能材料, 已被广泛应用于环境、能源、生命科学、信息技术等领域。本文基于第一性原理计算在纳米氧化钨中的应用进展, 概述了量子力学基础上的第一性原理及密度泛函理论的发展历程及基本理论, 介绍了该领域常用的MS (Materials studio)、VASP (Vienna ab initio simulation package)等模拟计算软件, 并分类阐述了第一性原理计算对氧化钨的微观电子结构、物质相互作用、分子热动力学等方面的研究成果。最后提出了第一性原理计算在纳米氧化钨这类半导体材料研究中存在的问题及未来发展趋势。
纳米氧化钨 第一性原理 模拟计算 电子结构 综述 nanoscale tungsten oxide first-principles theory calculations electronic structure review
