有序-无序异质结界面诱导的W18O49快速高对比光致变色及可定制自漂白速率研究

钨氧化物基光致变色材料因响应速度慢、对比度不足及自漂白时间长等问题限制了其应用。研究人员通过构建晶格无序W18O49与晶态氮掺杂TiO2(TiO2:N@W18O49-a)的有序-无序异质结界面，实现5秒内80%以上光致变色对比度及90秒完全自漂白。原位电子顺磁共振(ISI-EPR)与X射线光电子能谱(ISI-XPS)结合密度泛函理论(DFT)计算表明，该界面通过形成Ti-Ovac-W色心构型显著提升性能，为智能窗、信息加密等领域提供新策略。

　　

这项突破性研究揭示了如何通过精妙的界面工程设计解决光致变色材料的关键性能瓶颈。晶格无序的W₁₈O₄₉与晶态氮掺杂二氧化钛(TiO₂:N)形成的"有序-无序"异质结，犹如在原子尺度构建了高效的电子高速公路。当紫外线照射时，界面处迅速形成独特的钛-氧空位-钨(Ti-O_vac-W)色心构型，这种量子级别的结构变化使得材料在5秒内就能实现80%的惊人变色对比度。

更有趣的是，这种特殊界面还能像分子级别的"氧气捕手"——通过上移钨的d带中心，显著增强氧气吸附能力。这使得自漂白过程变得可精准调控，最快90秒即可恢复透明状态。原位电子顺磁共振(EPR)和X射线光电子能谱(XPS)技术如同纳米尺度的"实况直播"，清晰捕捉到光生电子局域化的动态过程。

这种"快变色-快恢复"的双重特性为智能窗带来了革命性可能：早晨自动调光防晒，阴天时又能迅速恢复透亮。在信息加密领域，材料可像变色龙般快速隐藏机密图案，解密后信息又能自动消失不留痕迹。该研究不仅为无机光致变色材料提供了普适性设计原则，更开辟了从电子结构层面调控材料功能的新范式。