非晶多孔碳氮共掺杂氧化镍薄膜的制备及其在电致变色智能窗中的卓越性能研究

为解决传统晶态NiO薄膜在电致变色(EC)应用中存在的离子扩散慢、机械稳定性差等问题，研究人员通过镍乙酸-单乙醇胺前驱体热分解法，成功制备了非晶多孔C/N共掺杂NiO薄膜。该材料展现出57.7%的光学调制率、7s/11s的快速着色/褪色速度、108.2 cm2/C的超高着色效率，以及500次循环后仍保持63.1%透光率的优异稳定性。智能窗原型测试显示其可使室内温度降低14.3°C，为建筑节能提供了创新解决方案。

　　

在全球建筑能耗占碳排放36%的背景下，电致变色智能窗(ESWs)因其可动态调节太阳辐射的特性，成为实现建筑节能15%-25%的关键技术。然而传统晶态氧化镍(NiO)作为阳极电致变色材料，受限于晶格约束导致的锂离子(Li⁺)扩散缓慢、各向异性体积膨胀引发的机械退化等问题。东华大学纤维材料改性国家重点实验室的研究团队创新性地开发出非晶多孔碳氮(C/N)共掺杂NiO薄膜，相关成果发表于《Optical Materials》。

研究采用镍乙酸四水合物-单乙醇胺(MEA)前驱体溶液喷涂结合250°C低温煅烧的两步法，通过金属-有机配位反应构建了孔径20-35nm的连续介孔网络。同步实现的C/N共掺杂使离子扩散系数提升至6.397×10^-8 cm²/s，同时维持了稳定的非晶框架结构。

材料与形貌部分揭示，MEA中的氨基与镍离子配位形成的Ni-O/N键成为水分子吸附活性位点，煅烧后产生丰富的介孔结构。电致变色性能测试显示：在550nm波长下获得57.7%的光学对比度(ΔT)，着色效率(108.2 cm²/C)远超文献报道值，这归因于C掺杂形成的导电网络与N掺杂诱导的氧空位协同作用。智能窗应用实验中，薄膜表现出14.3°C的降温效果，证实其卓越的热调控能力。

该研究突破性地将非晶多孔结构与化学掺杂策略结合：介孔网络促进电解质渗透，C/N共掺杂优化电子传导和界面稳定性。所获薄膜的快速响应(7s着色)、超高着色效率(较传统材料提升300%)及循环稳定性(500次后性能保持>60%)，为下一代节能智能窗提供了工业化解决方案。研究提出的低温溶液加工工艺，兼具成本效益与可扩展性优势，推动了非晶过渡金属氧化物在能源转换材料领域的应用边界。