一种Bi-GO双掺杂WO3电致变色薄膜及制备方法及应用

本发明属于电致变色材料制备，具体涉及一种bi-go双掺杂wo3电致变色薄膜及制备方法及应用。

背景技术：

1、建筑消耗了全球30～40％的一次能源，这些能源大部分用于制冷、供暖、照明和电器，其中约30％的能源通过窗户损失掉。窗户对于建筑的运行和舒适性至关重要，而电致变色玻璃可以根据施加的电压动态改变颜色来调节可见和近红外辐射，是降低建筑能源损失的解决方案之一。和有机电致变色材料相比，过渡金属氧化物材料易于加工，具有良好的可逆性和较强的电化学稳定性，受到广泛的青睐。其中，三氧化钨(wo3)是一种极具发展前景的电致变色材料，具有光调制范围大、着色效率高、价格低廉等优点。此外，与晶体wo3相比，非晶态wo3薄膜具有更好的电致变色性能，在可见光和近红外区域具有更快的开关响应速度和更高的显色效率。但是由于非晶态wo3结构的高度无序性和与基底间较弱的粘附性，导致循环稳定性不够理想。

2、申请公告号为cn116789368a的发明专利公开了一种一种bi掺杂wo3电致变色薄膜、制备方法及玻璃，该bi掺杂wo3电致变色薄膜在0.5m的h2so4溶液为电解质及在630nm波长条件下，透射率变化可达到73％，着色及褪色时间为3.6s和1.4s，着色效率为52.52cm2/c，超过1600圈循环测试保持稳定，该bi掺杂wo3电致变色薄膜的着色效率以及循环稳定性较差。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种bi-go双掺杂wo3电致变色薄膜，该bi-go双掺杂wo3电致变色薄膜的着色效率为65.9cm2/c，超过10000圈循环测试保持稳定。

2、本发明的第二个目的是提供一种bi-go双掺杂wo3电致变色薄膜的制备方法。

3、本发明的第三个目的是提供一种bi-go双掺杂wo3电致变色薄膜的应用。

4、为了实现以上目的，本发明采取的技术方案为：

5、一种bi-go双掺杂wo3电致变色薄膜的制备方法包括以下步骤：

6、步骤1)：将钨酸溶于过氧化氢溶液后得到过氧钨酸溶液，向过氧钨酸溶液中加入含铋元素的物质，含铋元素的物质溶解后得到bi-过氧钨酸溶液；

7、步骤2)：向步骤1)得到的bi-过氧钨酸溶液中加入石墨烯基材料纳米片分散液，搅拌加热形成均匀的bi-go-过氧钨酸溶胶；

8、步骤3)：将步骤2)得到的bi-go-过氧钨酸溶胶旋涂到导电玻璃基板，焙烧后，即得。

9、进一步的，步骤2)所述的石墨烯基材料为氧化石墨烯或氧化还原石墨烯。

10、进一步的，步骤2)中所述bi-go-过氧钨酸溶胶的制备方法为，将石墨烯基材料纳米片分散液加入到所述bi-过氧钨酸溶液后，在50～100℃条件下搅拌加热4～12h，即得。

11、进一步的，石墨烯基材料与钨酸的质量比为0.0001～0.03:1，所述石墨烯基材料纳米片分散液的浓度为0.5～8mg/ml。

12、进一步的，所述bi-过氧钨酸溶液的制备方法为：将含铋元素的物质加入所述过氧钨酸溶液后，密封，在60～100℃下加热4～12h，即得；所述的含铋元素的物质为三氧化二铋、铋粉或硝酸铋中的一种或几种，所述bi-过氧钨酸溶液中钨原子与铋原子的个数比为1:30，每g所述钨酸对应5～10ml的过氧化氢溶液，所述bi-过氧钨酸溶液与所述石墨烯基材料纳米片分散液的体积比为10～2:1。

13、进一步的，步骤1)所述的过氧化氢溶液的质量百分比浓度为15～50％，所述过氧钨酸溶液的摩尔浓度为0.1～1m。

14、进一步的，步骤3)所述的导电玻璃基板为氟掺杂氧化锡玻璃基板，所述烘焙的温度为100～600℃，烘焙时间为0～6h。

15、一种bi-go双掺杂wo3电致变色薄膜，采用上述的bi-go双掺杂wo3电致变色薄膜的制备方法制备得到。

16、进一步的，所述bi-go双掺杂wo3电致变色薄膜的结构为非晶态结构。

17、一种玻璃，所述玻璃内含有上述的bi-go双掺杂wo3电致变色薄膜，所述玻璃在建筑门窗或玻璃幕墙中的应用。

18、本发明的有益效果：

19、本发明的实施例1制备的bi-go双掺杂的wo3电致变色薄膜，在0.5m的h2so4溶液为电解质及在630nm波长条件下，透射率变化可达到85％，着色及褪色时间为1.8s和1.8s，着色效率为65.9cm2/c，超过10000圈循环测试保持稳定。

20、本发明的bi-go双掺杂的wo3电致变色薄膜的制备方法简单，使用的材料和制备工艺成本低，不需要真空等极端环境条件和精密复杂设备，可快速实现规模化生产。低浓度的bi元素(bi:w＝1:30)可以作为过氧钨酸溶液的稳定剂。如果添加更多的bi元素，例如，将0.06g以上的bi金属加入到1.0ml过氧钨酸溶液中，过氧钨酸溶液会直接变成黄色的凝胶状物质，即使搅拌也无法完全溶解，这表明，bi元素可以作为交联剂或催化剂促进过氧钨酸的聚合，进而增强bi-过氧钨酸的稳定性。因此本发明制备的bi-过氧钨酸溶液和bi-go-过氧钨酸溶胶非常稳定，可以在室内环境条件下稳定存放数年，有利于生产应用及商业化。石墨烯中的电子传输拥有二维狄拉克费米子的性质，载流子几乎可以光速运动。石墨烯基材料中包含大量官能团，不像石墨烯拥有空的pz轨道，但也可以使得离子和电子的运动速度加快，从而提高wo3晶格中的电荷转移效率。此外，大量的官能团也有利于石墨烯基材料形成均匀的溶胶，以及在焙烧过程中和wo3形成化学结合。

21、本发明的bi-go双掺杂的wo3电致变色薄膜，在褪色下具有高透光率和透明度，在着色态下呈深蓝色，对可见光和近红外光拥有强大的屏蔽能力。在硫酸溶液中响应速度极快，且在合适的电位窗口下拥有良好的循环稳定性。

技术特征：

1.一种bi-go双掺杂wo3电致变色薄膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的bi-go双掺杂wo3电致变色薄膜的制备方法，其特征在于，步骤2)所述的石墨烯基材料为氧化石墨烯或氧化还原石墨烯。

3.根据权利要求1所述的bi-go双掺杂wo3电致变色薄膜的制备方法，其特征在于，步骤2)中所述bi-go-过氧钨酸溶胶的制备方法为，将石墨烯基材料纳米片分散液加入到所述bi-过氧钨酸溶液后，在50～100℃条件下搅拌加热4～12h，即得。

4.根据权利要求1所述的bi-go双掺杂wo3电致变色薄膜的制备方法，其特征在于，石墨烯基材料与钨酸的质量比为0.0001～0.03:1，所述石墨烯基材料纳米片分散液的浓度为0.5～8mg/ml。

5.根据权利要求1所述的bi-go双掺杂wo3电致变色薄膜的制备方法，其特征在于，所述bi-过氧钨酸溶液的制备方法为：将含铋元素的物质加入所述过氧钨酸溶液后，密封，在60～100℃下加热4～12h，即得；所述的含铋元素的物质为三氧化二铋、铋粉或硝酸铋中的一种或几种，所述bi-过氧钨酸溶液中钨原子与铋原子的个数比为1:30，每g所述钨酸对应5～10ml的过氧化氢溶液，所述bi-过氧钨酸溶液与所述石墨烯基材料纳米片分散液的体积比为10～2:1。

6.根据权利要求1或5所述的bi-go双掺杂wo3电致变色薄膜的制备方法，其特征在于，步骤1)所述的过氧化氢溶液的质量百分比浓度为15～50％，所述过氧钨酸溶液的摩尔浓度为0.1～1m。

7.根据权利要求1所述的bi-go双掺杂wo3电致变色薄膜的制备方法，其特征在于，步骤3)所述的导电玻璃基板为氟掺杂氧化锡玻璃基板，所述烘焙的温度为100～600℃，烘焙时间为0～6h。

8.一种bi-go双掺杂wo3电致变色薄膜，其特征在于，采用权利要求1所述的bi-go双掺杂wo3电致变色薄膜的制备方法制备得到。

9.根据权利要求8所述的bi-go双掺杂wo3电致变色薄膜，其特征在于，所述bi-go双掺杂wo3电致变色薄膜的结构为非晶态结构。

10.一种玻璃，其特征在于，所述玻璃内含有权利要求8所述的bi-go双掺杂wo3电致变色薄膜，所述玻璃在建筑门窗或玻璃幕墙中的应用。

技术总结
本发明涉及一种Bi‑GO双掺杂WO<subgt;3</subgt;电致变色薄膜及制备方法及应用。该Bi‑GO双掺杂WO<subgt;3</subgt;电致变色薄膜的制备方法，包括以下步骤：将钨酸溶于过氧化氢溶液后得到过氧钨酸溶液，向过氧钨酸溶液中加入含铋元素的物质，含铋元素的物质溶解后得到Bi‑过氧钨酸溶液；向Bi‑过氧钨酸溶液中加入石墨烯基材料纳米片分散液，搅拌加热形成均匀的Bi‑GO‑过氧钨酸溶胶；将Bi‑GO‑过氧钨酸溶胶旋涂到导电玻璃基板，焙烧后，即得。本发明制备的Bi‑GO双掺杂的WO<subgt;3</subgt;电致变色薄膜，在0.5M的H<subgt;2</subgt;SO<subgt;4</subgt;溶液为电解质及在630nm波长条件下，透射率变化可达到85％，着色及褪色时间为1.8s和1.8s，着色效率为65.9cm<supgt;2</supgt;/C，超过10000圈循环测试保持稳定。

技术研发人员：郑金友,孙启蒙,李松杰,禹晓梅
受保护的技术使用者：郑州大学
技术研发日：
技术公布日：2024/2/1