Neuartige selbstorganisierte NiO-Nanokugeln mit poröser Dotterschale mit ausgezeichneter elektrochromer Leistung für intelligente Fenster

Forscher der Tsinghua University synthetisierten NiO-Nanokugeln mit poröser Dotterschale (PYS-NiO NSs) über einen solvothermalen und anschließenden Kalzinierungsprozess von Ni-MOF. Da die großen spezifischen Oberflächen und hohlen porösen Nanostrukturen dem Ionentransport förderlich waren, zeigten PYS-NiO-NSs eine schnelle Färbe-/Bleichgeschwindigkeit (3,6/3,9 s pro Färbe-/Bleichzyklus) und eine ausgezeichnete Zyklenstabilität (82 % Kapazitätserhaltung danach). 3000 Zyklen). Diese überlegenen elektrochromen (EC) Eigenschaften zeigten, dass die PYS-NiO NSs ein vielversprechender Kandidat für Hochleistungs-EC-Geräte waren.

Das Team veröffentlichte seine Arbeit in der Zeitschrift Partikuologie.

Elektrochrome (EC) Materialien (ECMs) sind als Materialien definiert, die unter verschiedenen externen Spannungen reversible Änderungen ihrer Farben und optischen Eigenschaften (Durchlässigkeit, Reflexion und Absorption) aufweisen. In den letzten Jahrzehnten haben ECMs aufgrund ihrer hervorragenden optischen Modulationsfähigkeiten vielversprechende Vorteile und Anwendungsperspektiven in vielen Bereichen wie intelligenten Fenstern, adaptiver Tarnung, elektronischen Anzeigen und Energiespeicherung usw. gezeigt.

Übergangsmetalloxide (TMOs) sind eine der wichtigsten ECMs, die umfassend untersucht wurden. Sie haben viele Vorteile wie reichhaltiges Nanostrukturdesign, einfachen Syntheseprozess, hohe Sicherheit usw. Unter ihnen ist Nickeloxid (NiO) ein attraktives Anoden-ECM und hat aufgrund seines hohen optischen Kontrasts, seiner hohen Färbeeffizienz und seines geringen Wirkungsgrads ein umfangreiches Forschungsinteresse geweckt Kosten usw.

NiO-basierte ECMs stehen jedoch immer noch vor den Herausforderungen langer EC-Schaltzeiten und schlechter Zyklenlebensdauer, die durch ihre schlechte ionische/elektronische Diffusionskinetik und geringe elektrische Leitfähigkeit verursacht werden.

Metallorganische Gerüste (MOFs) haben aufgrund ihrer hohen Porosität und großen Oberfläche enorme Aufmerksamkeit erregt und konnten durch Auswahl unterschiedlicher Metallionen und organischer Brückenliganden angepasst werden, um unterschiedliche Eigenschaften zu erzielen.

Aufgrund der Porosität und der langreichweitigen Ordnung können MOFs schnelle und bequeme Kanäle für kleine Moleküle und Ionen bereitstellen, die während des Transformationsprozesses eingeführt und extrahiert werden können. Daher können MOFs als effektive Template für die Herstellung von hohlen und porösen TMOs mit hoher Ionentransporteffizienz, ausgezeichneter spezifischer Kapazität und elektrochemischen Aktivitäten verwendet werden.

Daher schlugen die Autoren eine neue Strategie vor, um eine Art NiO mit hohler und poröser Struktur zu entwerfen, um eine hervorragende EC-Leistung und Zyklenstabilität zu erzielen. Als Proof-of-Concept-Demonstration synthetisierten die Autoren erfolgreich von MOFs abgeleitete poröse Dotterschalen-NiO-Nanokugeln (PYS-NiO-NSs), die eine hervorragende EC-Leistung aufwiesen.

Ni-organische Gerüstkugeln wurden durch ein einfaches Solvothermalverfahren hergestellt und dann durch thermische Zersetzung in PYS-NiO-NS umgewandelt. Die PYS-NiO-NSs wiesen relativ hohe spezifische Oberflächen und stabile hohle Nanostrukturen auf, die nicht nur eine große Kontaktfläche zwischen aktiven Zentren und Elektrolytionen im EC-Prozess bereitstellten, sondern auch dazu beitrugen, dass NiO große Volumenänderungen ohne Bruch aufnahm.

Darüber hinaus verkürzten die PYS-NiO-NSs auch die Ionendiffusionslänge und stellten effiziente Kanäle für die Übertragung von Elektronik und Ionen bereit. Darüber hinaus verlieh die Kopplung mit Kohlenstoff den PYS-NiO-NSs auch eine verbesserte elektronische Leitfähigkeit und erzielte eine bessere EC-Leistung. Die PYS-NiO-NSs zeigten eine schnelle Färbe-/Bleichgeschwindigkeit (3,6/3,9 s).

Die PYS-NiO-NSs zeigten auch eine hervorragende Zyklenstabilität (82 % Kapazitätsretention nach 3000 Zyklen). Diese überlegenen EC-Eigenschaften weisen darauf hin, dass die PYS-NiO-NSs ein vielversprechender Kandidat für Hochleistungs-EC-Geräte sind. Es wird angenommen, dass die so hergestellten PYS-NiO-NSs ein vielversprechender Kandidat für intelligente Fenster, Displays, blendfreie Rückspiegel usw. sind. Noch wichtiger ist, dass diese Arbeit eine neue und praktikable Strategie für die effiziente Herstellung von ECMs mit schneller und hoher Reaktionsgeschwindigkeit bietet Zyklenfestigkeit.