[发明专利]一种自晶种生长的鸟巢状水合氧化钨纳米结构电致变色薄膜的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于电致变色薄膜领域，特别涉及一种自晶种生长的鸟巢状水合氧化钨纳米结构电致变色薄膜的制备方法。 

背景技术

电致变色是指对材料施加电压时，材料具有可逆变化的颜色。能够基于电化学氧化还原反应而发生光学性质(例如，颜色)可逆变化的材料被称为电致变色材料。氧化钨由于其优异的电致变色性能成为电致变色的研究热点。 

近年来，随着水热技术制备纳米材料的发展，研究者希望能通过水热方法制备纳米结构的电致变色薄膜来提高其电致变色性能。J.P.Tu等在Journal of Materials Chemistry Vol.21(2011)pp.5492-5498上报道了一种氧化钨纳米线阵列薄膜。X.W.Sun等在Chemical Communication Vol.48(2012)pp.365-367上报道了一种纳米板堆积的水合氧化钨薄膜。尽管这些纳米结构的氧化钨薄膜的电致变色性能有所提高，但在实际应用中还存在很多问题，如：(1)制备工艺复杂，很难达到实际应用要求；(2)着色效率较低，能源利用率较差。究其原因，主要有以下两个方面：首先，这些纳米薄膜的制备都需要在FTO表面涂覆一层氧化钨晶种层，而晶种层又往往需要较为复杂的制备过程且制备过程中退火处理会加大能耗，不符合节能环保的时代需求；其次，正是因为晶种层的存在，晶种层细小的纳米晶中的晶界会阻碍电子传输，降低传输效率，从而影响其着色效率，能源利用率也相对较差。因此，在导电玻璃基底上直接生长纳米结构的氧化钨薄膜有望突破现有电致变色薄膜材料的技术瓶颈，解决上述提到的问题，为实现电致变色玻璃的大规模产业化打下坚实的基础。 

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种自晶种生长的鸟巢状水合氧化钨纳米结构电致变色薄膜的制备方法。该方法制备工艺简单，成本低，具有在玻璃表面制膜的产业应用可能性，所制得薄膜的结构独特，能提供较大的电化学反应活性表面，有效地提高了变色速度、着色效率和循环稳定性等电致变色性能。 

本发明的一种自晶种生长的鸟巢状水合氧化钨纳米结构电致变色薄膜的制备方法，包括： 

(1)将钨酸溶于过氧化氢中，加热，待钨酸完全溶解后冷却得到透明溶胶，其中，钨酸和过氧化氢的比例为1g∶12-20ml； 

(2)将上述透明溶胶稀释后，与盐酸、去离子水和溶剂配成反应溶液，然后将超声清洗干净的FTO导电玻璃浸入盛有反应溶液的水热釜中，保温，然后自然冷却至室温，清洗，烘干即得自晶种生长的鸟巢状水合氧化钨纳米结构电致变色薄膜材料。其中，透明溶胶、盐酸、去离子水和溶剂的体积比为3∶1∶3-4∶8-9。 

所述步骤(2)中的超声清洗为依次经洗洁精、去离子水、丙酮和乙醇超声洗涤，超声洗涤时间为10～30分钟。 

所述步骤(2)中的溶剂为乙二醇。 

所述步骤(2)中的清洗为用水，乙醇清洗。 

所述步骤(2)中的FTO导电玻璃表面无晶种层。 

所述步骤(2)中的水合氧化钨纳米结构为由二维纳米片组成的鸟巢状多孔结构。 

所述步骤(2)中的电致变色薄膜材料为具有二维结构的水合氧化钨。 

通过调节反应溶剂，可以使水合氧化钨直接生长在无晶种层的FTO导电玻璃上，并且通过改变不同溶剂体积比从而对水合氧化钨的形貌进行调控，这种无晶种层的由二维纳米片组成的鸟巢状多孔水合氧化钨能够有效地提高变色速度、着色效率和循环稳定性等电致变色性能。 

有益效果

(1)本发明的制备方法简单，成本低，具有在玻璃表面制膜的产业应用可能性； 

(2)本发明的水合氧化钨薄膜是通过水热法直接生长在无晶种层涂覆的FTO导电玻璃的表面，在不影响循环稳定性的前提下，有利于电子传输，从而提高薄膜的变色速度以及着色效率； 

(3)本发明的水合氧化钨薄膜是一种二维纳米片组成的鸟巢状结构，这种独特的纳米结构既缩短了离子在薄膜中的扩散路径，又使其活性表面能够被充分利用，从而能有效地提高薄膜的着色效率。 

附图说明

图1是实施例1制备的水合氧化钨纳米结构电致变色薄膜的X射线衍射图； 

图2是实施例1制备的水合氧化钨纳米结构电致变色薄膜的扫描电镜照片； 

图3是实施例1制备的水合氧化钨纳米结构电致变色薄膜分别在着色和褪色状态下的光透过率曲线； 

图4是实施例1制备的水合氧化钨纳米结构电致变色薄膜的电致变色时间响应曲线；