电致变色是指材料在外加电场作用下发生可逆的光学性质变化的现象，这一特性使其在智能节能窗、防眩目后视镜、低功耗显示器件等领域具有重要的应用价值。近日，海南大学材料科学与工程学院王振副教授团队提出通过构建WO₃/Nb₂O₅异质结构在WO₃电致变色材料中引入内建电场，有效促进电解液中离子的脱出过程，从而抑制离子俘获行为，所制备的电致变色器件在长达10,000次着色/褪色循环后仍保持97.2%的初始光学调制。相关成果以“Enhanced Electrochromic Performance and Cycling Stability via Built-In Electric Field in WO₃/Nb₂O₅ Heterostructure”为题，发表在《Advanced Functional Materials》期刊上。海南大学材料科学与工程学院2022级博士研究生陈莹玉为该论文第一作者，海南大学材料科学与工程学院王振副教授为论文通讯作者。

图1. WO₃/Nb₂O₅异质结薄膜构筑电致变色器件的循环稳定性图

在众多电致变色材料中，三氧化钨（WO₃）因其优异的电致变色性能（高光学调制对比度、良好的着色效率等）成为研究最为广泛的阴极电致变色材料。然而，在着色过程中插入WO₃的电解液离子（例如Li⁺）往往无法完全脱出，这被称为“离子俘获”。这一过程导致Li⁺在电极中逐渐积累，使电致变色性能在长时间循环过程中受到严重影响。如何有效抑制离子俘获现象，是构建高稳定性WO₃电致变色器件的关键科学问题。团队采用溶胶凝胶法制备了WO₃/Nb₂O₅异质结薄膜，系统研究了其电致变色性能和长循环稳定性。通过界面工程调控，形成稳定的从Nb₂O₅指向WO₃的内建电场，促进Li⁺从WO₃中的脱出，避免离子俘获，从而提升电致变色响应速度和循环稳定性。所构建的WO₃/Nb₂O₅异质结构薄膜展现出优异的电致变色性能，具体表现为高光学对比度（78.4%@700 nm）、快速响应速度（着色/褪色时间分别为 9.3/10.4 s），以及卓越的循环稳定性，在经历 10,000 次循环后仍保持 97.2% 的初始光学调制率。建筑能耗模拟系统结果表明：在大多数城市中，配备WO₃/Nb₂O₅电致变色玻璃的建筑能耗均低于使用普通玻璃的建筑。例如，以海南海口为例，采用WO₃/Nb₂O₅电致变色玻璃的建筑年能耗较普通玻璃建筑降低25.7 MJ m⁻²，实现4.0%的节能效果。这些数据表明，基于WO₃/Nb₂O₅的电致变色玻璃窗在光学调控、节能效益与室内舒适度调节方面具有显著优势，未来在绿色建筑领域具有广阔应用前景，可助力降低能耗、提升环境适应性及优化智慧生活体验。