Nieuwe zelf-geassembleerde poreuze dooierschaal NiO-nanobolletjes met uitstekende elektrochrome prestaties voor slimme vensters

Onderzoekers van Tsinghua University synthetiseerden poreuze dooierschaal NiO nanosferen (PYS-NiO NSs) via een solvothermisch en daaropvolgend calcinatieproces van Ni-MOF. Omdat de grote specifieke oppervlakken en holle poreuze nanostructuren bevorderlijk waren voor ionentransport, vertoonden PYS-NiO NS’s een hoge kleur-/bleeksnelheid (3,6/3,9 s per kleur-/bleekcyclus) en uitstekende cyclusstabiliteit (82% van capaciteitsbehoud na 3000 cycli). Deze superieure elektrochrome (EC) eigenschappen gaven aan dat de PYS-NiO NS’s een veelbelovende kandidaat waren voor hoogwaardige EC-apparaten.

Het team publiceerde hun werk in het tijdschrift Particuologie.

Elektrochrome (EC) materialen (ECM’s) worden gedefinieerd als de materialen die omkeerbare veranderingen in hun kleuren en optische eigenschappen (doorlaatbaarheid, reflectie en absorptie) hebben onder verschillende externe spanningen. In de afgelopen decennia hebben ECM’s veelbelovende voordelen en toepassingsmogelijkheden laten zien op veel gebieden, zoals slimme vensters, adaptieve camouflage, elektronische displays en energieopslag, enz., vanwege hun uitstekende optische modulatiemogelijkheden.

Overgangsmetaaloxiden (TMO’s) zijn een van de belangrijkste ECM’s die uitgebreid zijn bestudeerd. Ze hebben veel voordelen, zoals een rijk nanostructuurontwerp, een eenvoudig syntheseproces, hoge veiligheid, enz. Onder hen is nikkeloxide (NiO) een aantrekkelijke anode-ECM en heeft het uitgebreide onderzoeksinteresse getrokken vanwege het hoge optische contrast, hoge kleurefficiëntie, laag kosten, enz.

Op NiO gebaseerde ECM’s worden echter nog steeds geconfronteerd met de uitdagingen van lange EC-schakeltijden en een slechte cycluslevensduur die worden veroorzaakt door hun slechte ionische / elektronische diffusiekinetiek en lage elektrische geleidbaarheid.

Metaal-organische raamwerken (MOF’s) hebben enorm veel aandacht getrokken vanwege hun hoge porositeit en grote oppervlakken, en konden worden aangepast om verschillende eigenschappen te bereiken door verschillende metaalionen en organische overbruggende liganden te selecteren.

Vanwege de porositeit en ordelijkheid op lange afstand, kunnen MOF’s snelle en handige kanalen bieden voor kleine moleculen en ionen om in te voegen en te extraheren tijdens het transformatieproces. Daarom kunnen MOF’s worden gebruikt als effectieve sjablonen voor de bereiding van holle en poreuze TMO’s met een hoge ionentransportefficiëntie, uitstekende specifieke capaciteit en elektrochemische activiteiten.

Dus stelden de auteurs een nieuwe strategie voor om een ​​soort NiO te ontwerpen met een holle en poreuze structuur om uitstekende EC-prestaties en cyclische stabiliteit te verkrijgen. Als een proof-of-concept-demonstratie synthetiseerden de auteurs met succes MOF’s-afgeleide poreuze dooierschaal NiO-nanobolletjes (PYS-NiO NS’s) die uitstekende EC-prestaties vertoonden.

Ni-organische raamwerkbolletjes werden bereid met een eenvoudige solvothermische methode en vervolgens omgezet in PYS-NiO NS’s door thermische ontleding. De PYS-NiO NS’s vertoonden relatief hoge specifieke oppervlakken en stabiele holle nanostructuren, die niet alleen voor een groot contactoppervlak zorgden tussen actieve sites en elektrolyt-ionen in het EC-proces, maar ook de NiO hielpen om grote volumeveranderingen op te vangen zonder te breken.

Bovendien verkortten de PYS-NiO NS’s ook de ionische diffusielengte en boden ze efficiënte kanalen voor het overbrengen van elektronica en ionen. Bovendien gaf de koppeling met koolstof de PYS-NiO NS’s ook een verbeterde elektronische geleidbaarheid en behaalde ze betere EC-prestaties. De PYS-NiO NS’s vertoonden een hoge kleur-/bleeksnelheid (3,6/3,9 s).

De PYS-NiO NS’s vertoonden ook uitstekende cyclusstabiliteit (82% capaciteitsbehoud na 3000 cycli). Deze superieure EC-eigenschappen geven aan dat de PYS-NiO NS’s een veelbelovende kandidaat zijn voor hoogwaardige EC-apparaten. Aangenomen wordt dat de as-prepared PYS-NiO NS’s een veelbelovende kandidaat zijn voor slimme ramen, displays, ontspiegelde achteruitkijkspiegels, enz. Wat nog belangrijker is, dit werk biedt een nieuwe en haalbare strategie voor de efficiënte voorbereiding van ECM’s met een hoge reactiesnelheid en hoge cyclische stabiliteit.