基于氧化钨电致/光致变色材料的智能光电转换与储能一体化器件研究
批准号:
62075004
项目类别:
面上项目
资助金额:
60.0 万元
负责人:
钟晓岚
依托单位:
学科分类:
光学和光电子材料
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
钟晓岚
中文摘要
氧化钨是一种十分有趣的N型半导体过渡金属氧化物,具有电致变色与光致变色两种不同特性,在光电转换与储能一体化设计方面具有诸多优势和潜力,因此在物理、信息、材料等领域具有重要的研究价值。通过构筑电致变色与光致变色之间相互转换的桥梁,本项目提出一种全新的基于氧化钨电致/光致变色材料的智能光电转换与储能一体化器件,为未来绿色能源的利用提供新的思路与技术支持。本项目将从氧化钨薄膜电致/光致变色双功能材料的特性研究出发,探讨透明导电层与催化对电极的可控制备,开发高离子电导率的新型离子导体电解质,设计并制备多种智能光电转换与储能一体化器件并揭示其中的物理机理及定量表征方法。申请人长期从事相关方面的研究,共发表SCI论文近50篇,其中通讯/第一作者论文16篇,包括两篇与本项目相关的被Science期刊专文评论的Angew.Chem.Int.Ed.等,为深入探索奠定了坚实的实验和理论基础。
英文摘要
Tungsten oxide is a very interesting n-type semiconductor transition metal oxide, which has two different characteristics of electrochromic and photochromic. It has many advantages and potential in the integrated design of photoelectric conversion and energy storage. Therefore, it shows great potential for application in many fields, such as physics, information, materials, chemistry and so on. By building a bridge between electrochromism and photochromism, this project proposes a new integrated device of photoelectric conversion and energy storage based on tungsten oxide electrochromic / photochromic materials, which will provide new ideas and technical support for the future use of green energy. This project will first mainly focus on the characteristics of tungsten oxide dual-functional materials with electrochromic / photochromic effect. The controllable preparation and characteristics of transparent conductive layer and catalytic pair electrode will be discussed. Then we will develop new ionic conductor electrolyte with high ionic conductivity. Finally, we will design and prepare a variety of new photoelectric conversion and energy storage multi-functional integrated devices and reveal the physical mechanism. The applicant published 50 SCI papers related to this project including 16 first/corresponding author papers, which have been cited for more than 800 times. Two of these papers published in Angew. Chem. Int. Ed. were highlighted by Science in a full-page comment. These research results establish solid theoretical and experimental basis for further exploration.
随着全球能源转型至清洁高效能源,太阳能作为绿色清洁能源备受瞩目。然而,传统太阳能光伏系统面临诸多挑战,包括体积庞大、成本高昂、光谱调节能力有限等。本项目聚焦基于电致/光致变色材料的智能光电转换与储能一体化器件,以期解决这些难题。.电致变色储能装置作为新型智能光电器件,在智能窗和微电子领域潜力巨大。项目从电致变色原理出发,深入探究了材料体系与结构对器件性能的影响,取得以下关键进展:.(1)针对导电聚合物PANI的局限性,研究了PANI/MnO2珊瑚状纳米复合材料。该复合材料通过电化学共沉积法制备,展现出更大的比电容、更宽的工作电压窗口和更高的循环稳定性。与WO3结合后,形成的EESD器件能实现大梯度的可见透射率变化,用于监测储能水平,且响应迅速、循环寿命长。.(2)为克服无机电致变色材料的不足,研究了具有特殊裂纹结构的PB/MnO2复合材料。该材料实现了颜色叠加,大幅缩短了响应时间,并表现出优异的循环稳定性。以复合材料为电极制备的双功能电致变色储能装置具有高开路电压、快速颜色变化和着色效率高等特点,为消费电子产品提供了新一代安全智能混合储能系统的新机遇。.(3)针对自充电电致变色储能设备的自充电效率低和环境适应性差的问题,开发了基于聚苯胺的温度自适应型自充电设备。该设备在能量存储、自充电能力、温度适应性和循环稳定性等方面均表现出色,为极端气候条件下的储能设备开发提供了新路径。.(4)项目还提出了基于电致变色滤光片的计算片上光谱仪,通过电化学调制提高光谱分辨率,为开发高分辨率、低成本和便携式光谱传感器提供了新可能。.(5)探索了光致变色材料在能源领域的应用,设计了兼备电致与光致变色特性的氧化钨材料,并研究了其性能。受生物体能量转化过程启发,还开发了基于光致变色材料的水凝胶光电子器件,提出了应用离子流实现光电转换与光收集的新概念。. 综上所述,电致变色储能装置在多方面取得显著进展,展现出广阔的应用前景。
基于光与物质强耦合条件下的非辐射能量转移特性的研究
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批准号:11804018
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项目类别:青年科学基金项目
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资助金额:29.0万元
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批准年份:2018
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负责人:钟晓岚
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依托单位:
国内基金
海外基金