[发明专利]一种基于二氧化钛/纳米金颗粒阵列结构高稳定性电致变色薄膜的制备方法

说明书

一种基于二氧化钛/纳米金颗粒阵列结构高稳定性电致变色薄膜的制备方法，涉及一种基于二氧化钛/金颗粒的纳米棒阵列结构电致变色薄膜的制备方法。本发明是要解决现有的普鲁士蓝及其复合薄膜在几百或者几千次电致变色循环测试后透过率调节范围明显下降以及薄膜着褪色响应时间长的技术问题。本发明首先采用水热法在FTO基底上生长出TiO₂纳米棒阵列，再通过电沉积的方法在纳米棒表面沉积出离散的纳米金颗粒，形成TiO₂/Au纳米棒阵列结构，最后再以此为基底通过电沉积方法在表面覆盖一层PB，形成TiO₂/Au/PB复合薄膜，此方法条件温和，简单易行，形成具有优异电致变色性能的复合薄膜，将有利于电致变色薄膜的广泛应用。

技术领域

本发明涉及一种基于二氧化钛/纳米金颗粒的阵列结构电致变色薄膜的制备方法。

背景技术

电致变色是指施加较小外部电压或电流的情况下，材料通过氧化还原反应可逆地改变其颜色或光学性质(吸光度/透过率/反射率)的现象。自1961年Platt提出电致变色这一概念以来，电致变色已经被广泛研究，如今已被应用于许多领域，如防眩光后视镜、智能窗户、航天器热控系统和军用伪装等。因此制备条件温和以及工艺简单的高电致变色性能薄膜制备技术的研究具有重大意义。

目前电致变色材料常被分成有机电致变色材料和无机电致变色材料两类。无机电致变色材料具有光学对比度高、记忆效果好、稳定性强等优点，它们是研究较为成熟的电致变色材料，主要为一些过渡金属氧化物(TiO₂、NiO、V₂O₅和WO₃等)和PB(普鲁士蓝材料)。PB是一种过渡金属离子配位化合物电致变色材料。其变色反应的本质是Fe中心的得失电子，即Fe(III)(普鲁士蓝)和Fe(II)(普鲁士白)之间的相互转换；此外，PB 还可以通过单电子转移使Fe(II)氧化成Fe(III)，自身被氧化成柏林绿状态。因此，在不同的外加电压下，PB薄膜可以在无色、深蓝色和浅绿色之间进行可逆转换。此外，PB还因具有较低的驱动电压，大的颜色对比度和高的氧化还原可逆性等优点被广泛关注；但是由于自身较弱的电荷动力学以及与FTO基底之间较差的结合力，使得薄膜具有较长的电致变色响应时间和较差的循环稳定性，严重限制了PB在光学系统中的实际应用。

金纳米颗粒具有良好的导电性以及可以与Li离子形成可逆的亚稳态Au-Li合金提升复合薄膜的导电性和稳定性。一维纳米结构的TiO₂纳米棒阵列由于与FTO基底之间较强的结合力和自身较大的比表面积，可以增强结构的稳定性以及缩短电子或离子的传输距离，提升电致变色性能。正如文献(High-Coloration Efficiency Electrochromic DeviceBased on Novel Porous TiO₂@Prussian Blue Core-Shell Nanostructures[J].Electrochimica Acta, 2017,224,534-540)和文献(Enhancing the electrochromicstability of Prussian blue based on TiO₂ nanorod arrays[J].New Journal ofChemistry 2020,44(6),2236-2240)中所报道的，复合薄膜与纯的PB薄膜相比电致变色性能有所提升，但在几百或者几千次的循环测试后，复合薄膜的透过率调节范围明显下降。

发明内容

本发明是要解决现有的普鲁士蓝及其复合薄膜在几百或者几千次电致变色循环测试后透过率调节范围明显下降以及薄膜着褪色响应时间长的技术问题，而提供一种基于二氧化钛/纳米金颗粒阵列结构高稳定性电致变色薄膜的制备方法。

本发明的基于二氧化钛/纳米金颗粒阵列结构高稳定性电致变色薄膜的制备方法是按以下步骤进行的：

一、将去离子水和盐酸水溶液等体积混合，磁力搅拌10min～30min，得到第一混合液；所述的盐酸水溶液的质量分数为37％；