三元熵调控稀土钨酸盐RE2 W2 O9 多功能黄色颜料：高近红外反射、抗紫外老化与抗菌性能研究

为应对城市热岛效应、建筑涂层老化及霉菌滋生问题，研究人员通过高温固相法制备了Cex Ho0.1 Gd1.9–x W2 O9+δ 三元熵调控钨酸盐冷颜料。该材料兼具高近红外反射率（96.23%）、显著紫外吸收（UVA区吸光度提升至0.91）及强抗菌率（97.46%），其节能降温效果优于商用涂料3.5°C，为多功能建筑涂层材料开发提供新思路。

　　

现代城市发展中，建筑能耗占全球碳排放的40%以上，而建筑外墙涂层在长期暴露中面临紫外线导致的褪色、剥落及湿热环境下的霉菌滋生问题。更棘手的是，传统含镉、钴等重金属的颜料存在生态风险，而现有冷颜料研究多聚焦单一近红外反射性能，难以兼顾抗老化与抗菌需求。这一矛盾在"双碳战略"背景下尤为突出——如何通过材料创新同步实现节能降耗、延长涂层寿命及健康防护，成为亟待突破的科学难题。

针对这一挑战，中国科学院海西研究院的研究团队在《Journal of Rare Earths》发表研究，创新性地利用稀土元素（RE）的4f5d电子结构特性，通过高温固相法设计出Ce_x

Ho_0.1
Gd_1.9–x

W₂
O_9+δ

三元熵调控钨酸盐颜料。研究采用X射线衍射（XRD）分析晶体结构，紫外-可见-近红外分光光度计测定光学性能，并通过红外热成像评估实际降温效果，同时测试了酸碱稳定性及抗菌率。

相组成与表征
XRD证实所有样品均保持单斜晶系结构（PDF#23?1075），但Ce/Ho掺杂导致（102）晶面衍射峰右移（图1a），表明晶格畸变与氧空位浓度增加。这种结构变化直接关联材料性能的突破性提升。

光学性能与颜色调控
三元熵调控使颜料从白色变为黄色，带隙从3.28 eV显著降至1.87-1.90 eV。典型组分Ce_0.2
Ho_0.1
Gd_1.7
W₂
O_9+δ

呈现优异色彩参数（L*=73.79, a*=20.21）的同时，近红外反射率高达96.23%。红外热像显示其涂层表面温度较商用产品低3.5°C，验证了实际节能效果。

多功能集成性能
材料在UVA波段（320-400 nm）的平均吸光度从0.19跃升至0.91，抗菌率从42.86%提升至97.46%。这种协同效应源于Ce³⁺
/Ce⁴⁺
变价调节带隙、Gd的4f⁷
半满壳层稳定反射率，以及Ho的抗菌特性。酸碱测试中ΔE*≤2.41，证明其环境稳定性。

该研究开创性地将熵工程理念引入冷颜料设计，通过稀土元素的精准配伍实现了"反射-吸收-抗菌"三重功能集成。其意义不仅在于提供了一种可替代有毒重金属的环保颜料，更建立了通过电子结构调控优化材料性能的新范式。特别是氧空位与带隙的协同调控机制，为后续开发智能响应型涂层材料提供了理论依据。随着全球对绿色建筑需求的增长，这类兼具节能与健康属性的多功能材料有望成为产业升级的关键突破口。