[发明专利]一种表面氟离子修饰的二氧化钛纳米晶自组装形成的多孔电致变色材料及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种表面氟离子修饰的二氧化钛纳米晶自组装形成的多孔电致变色材料及其制备方法和应用，本发明无需模板，通过一步式溶剂热法，使用氢氟酸作为辅助剂，乙醇作为溶剂，在FTO导电玻璃基底上直接合成了由表面氟离子修饰的二氧化钛纳米晶自组装形成的多孔电致变色材料；其中，钛源为钛酸四丁酯和异丙醇钛的混合物。本发明制得的表面氟离子修饰的多孔二氧化钛纳米晶电致变色材料具有丰富的氧空位和优异的双波段电致变色性能，可以对可见光和近红外光实现独立和选择性的光学透射率调节。本发明的制备方法工艺简便，重复性好，支持规模化生产。

技术领域

本发明涉及电致变色薄膜材料领域，具体涉及一种表面氟离子修饰的二氧化钛纳米晶自组装形成的多孔电致变色材料及其制备方法和应用。

背景技术

目前许多电致变色窗可以通过阻挡可见光在明暗模式之间切换，或者阻挡可见光和近红外，没有任何光谱选择性。由于近红外区域约占总太阳辐射的50％，因此独立调节近红外辐射是实现太阳热管理的关键。目前大多数双波段电致变色材料都是复杂的复合材料，因此能够合成独立控制VIS和NIR透射率的单相电致变色材料是一项非常紧迫的任务。

二氧化钛纳米晶因其良好的化学稳定性、可见光区域的高透明度、无毒性、环境友好性和丰富的储量而备受关注。为了获得理想的双波段响应，二氧化钛纳米晶通常被异价金属原子如铌和钽替代掺杂，以增加自由电子密度并在近红外范围产生局域表面等离子体共振吸收。然而，异价原子掺杂会引入晶格应变和晶格畸变，对宿主的结构稳定性产生不利影响。

发明内容

本发明的目的在于提供一种表面氟离子修饰的二氧化钛纳米晶自组装形成的多孔电致变色材料及其制备方法和应用，其可以解决上述背景技术提出的技术问题。

在本发明的一个方面，本发明提出了一种表面氟离子修饰的二氧化钛纳米晶自组装形成的多孔电致变色材料。根据本发明的实施例，通过配制钛源前驱体溶液并采用溶剂热法诱导表面氟修饰的氧化钛纳米晶在FTO导电玻璃基底上自组装形成多孔电致变色材料。

另外，根据本发明上述实施例的表面氟离子修饰的二氧化钛纳米晶自组装形成的多孔电致变色材料，还可以具有如下附加的技术特征：

在本发明的一些实施例中，所述多孔电致变色材料具有优异的双波段电致变色性能，可以在+1.5V--1.5V的电压下实现快速的可见光和近红外光的独立和选择性的光学透射率调节。

在本发明的一些实施例中，所述多孔电致变色材料在700nm下对比度为71.4％-77.5％，在1300nm下对比度为25.4％-62.5％，着色效率为23.4-38.5cm²/C。

在本发明的一些实施例中，所述多孔电致变色材料在彩色状态下吸收光谱的吸收峰存在于可见光区的453nm和700nm处。

在本发明的另一方面，本发明提出了一种表面氟离子修饰的二氧化钛纳米晶自组装形成的多孔电致变色材料的制备方法。根据本发明的实施例，包括以下步骤：

(1)FTO导电玻璃基底表面清洗；

(2)配制钛源前驱体溶液：按配比将钛源和氢氟酸加入到乙醇中，搅拌后得到钛源前驱体溶液；

(3)溶剂热反应：将步骤(2)配制的钛源前驱体溶液加入到高压反应釜中，将FTO导电玻璃基底的导电面朝下固定于钛源前驱体溶液中进行反应，得到溶剂热反应产物；

(4)干燥处理：采用去离子水对步骤(3)得到的溶剂热反应产物反复冲洗，冲洗后的溶剂热反应产物进行干燥，在FTO导电玻璃基底上得到致密均匀的透明薄膜，即为表面氟离子修饰的二氧化钛纳米晶自组装形成的多孔电致变色材料。

另外，根据本发明上述实施例的一种表面氟离子修饰的二氧化钛纳米晶自组装形成的多孔电致变色材料的制备方法，还可以具有如下附加的技术特征：