CN117452732A - 一种Bi-GO双掺杂WO3电致变色薄膜及制备方法及应用 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种Bi‑GO双掺杂WO3电致变色薄膜及制备方法及应用。该Bi‑GO双掺杂WO3电致变色薄膜的制备方法，包括以下步骤：将钨酸溶于过氧化氢溶液后得到过氧钨酸溶液，向过氧钨酸溶液中加入含铋元素的物质，含铋元素的物质溶解后得到Bi‑过氧钨酸溶液；向Bi‑过氧钨酸溶液中加入石墨烯基材料纳米片分散液，搅拌加热形成均匀的Bi‑GO‑过氧钨酸溶胶；将Bi‑GO‑过氧钨酸溶胶旋涂到导电玻璃基板，焙烧后，即得。本发明制备的Bi‑GO双掺杂的WO3电致变色薄膜，在0.5M的H2SO4溶液为电解质及在630nm波长条件下，透射率变化可达到85％，着色及褪色时间为1.8s和1.8s，着色效率为65.9cm2/C，超过10000圈循环测试保持稳定。
Description
技术领域
本发明属于电致变色材料制备技术领域，具体涉及一种Bi-GO双掺杂WO3电致变色薄膜及制备方法及应用。
背景技术
建筑消耗了全球30～40％的一次能源，这些能源大部分用于制冷、供暖、照明和电器，其中约30％的能源通过窗户损失掉。窗户对于建筑的运行和舒适性至关重要，而电致变色玻璃可以根据施加的电压动态改变颜色来调节可见和近红外辐射，是降低建筑能源损失的解决方案之一。和有机电致变色材料相比，过渡金属氧化物材料易于加工，具有良好的可逆性和较强的电化学稳定性，受到广泛的青睐。其中，三氧化钨(WO3)是一种极具发展前景的电致变色材料，具有光调制范围大、着色效率高、价格低廉等优点。此外，与晶体WO3相比，非晶态WO3薄膜具有更好的电致变色性能，在可见光和近红外区域具有更快的开关响应速度和更高的显色效率。但是由于非晶态WO3结构的高度无序性和与基底间较弱的粘附性，导致循环稳定性不够理想。
申请公告号为CN116789368A的发明专利公开了一种一种Bi掺杂WO3电致变色薄膜、制备方法及玻璃，该Bi掺杂WO3电致变色薄膜在0.5M的H2SO4溶液为电解质及在630nm波长条件下，透射率变化可达到73％，着色及褪色时间为3.6s和1.4s，着色效率为52.52cm2/C，超过1600圈循环测试保持稳定，该Bi掺杂WO3电致变色薄膜的着色效率以及循环稳定性较差。
发明内容
本发明的目的是提供一种Bi-GO双掺杂WO3电致变色薄膜，该Bi-GO双掺杂WO3电致变色薄膜的着色效率为65.9cm2/C，超过10000圈循环测试保持稳定。
本发明的第二个目的是提供一种Bi-GO双掺杂WO3电致变色薄膜的制备方法。
本发明的第三个目的是提供一种Bi-GO双掺杂WO3电致变色薄膜的应用。
为了实现以上目的，本发明采取的技术方案为：
一种Bi-GO双掺杂WO3电致变色薄膜的制备方法包括以下步骤：
步骤1)：将钨酸溶于过氧化氢溶液后得到过氧钨酸溶液，向过氧钨酸溶液中加入含铋元素的物质，含铋元素的物质溶解后得到Bi-过氧钨酸溶液；
步骤2)：向步骤1)得到的Bi-过氧钨酸溶液中加入石墨烯基材料纳米片分散液，搅拌加热形成均匀的Bi-GO-过氧钨酸溶胶；
步骤3)：将步骤2)得到的Bi-GO-过氧钨酸溶胶旋涂到导电玻璃基板，焙烧后，即得。
进一步的，步骤2)所述的石墨烯基材料为氧化石墨烯或氧化还原石墨烯。
进一步的，步骤2)中所述Bi-GO-过氧钨酸溶胶的制备方法为，将石墨烯基材料纳米片分散液加入到所述Bi-过氧钨酸溶液后，在50～100℃条件下搅拌加热4～12h，即得。
进一步的，石墨烯基材料与钨酸的质量比为0.0001～0.03:1，所述石墨烯基材料纳米片分散液的浓度为0.5～8mg/mL。
进一步的，所述Bi-过氧钨酸溶液的制备方法为：将含铋元素的物质加入所述过氧钨酸溶液后，密封，在60～100℃下加热4～12h，即得；所述的含铋元素的物质为三氧化二铋、铋粉或硝酸铋中的一种或几种，所述Bi-过氧钨酸溶液中钨原子与铋原子的个数比为1:30，每g所述钨酸对应5～10mL的过氧化氢溶液，所述Bi-过氧钨酸溶液与所述石墨烯基材料纳米片分散液的体积比为10～2:1。
进一步的，步骤1)所述的过氧化氢溶液的质量百分比浓度为15～50％，所述过氧钨酸溶液的摩尔浓度为0.1～1M。
进一步的，步骤3)所述的导电玻璃基板为氟掺杂氧化锡玻璃基板，所述烘焙的温度为100～600℃，烘焙时间为0～6h。
一种Bi-GO双掺杂WO3电致变色薄膜，采用上述的Bi-GO双掺杂WO3电致变色薄膜的制备方法制备得到。
进一步的，所述Bi-GO双掺杂WO3电致变色薄膜的结构为非晶态结构。
一种玻璃，所述玻璃内含有上述的Bi-GO双掺杂WO3电致变色薄膜，所述玻璃在建筑门窗或玻璃幕墙中的应用。
本发明的有益效果：
本发明的实施例1制备的Bi-GO双掺杂的WO3电致变色薄膜，在0.5M的H2SO4溶液为电解质及在630nm波长条件下，透射率变化可达到85％，着色及褪色时间为1.8s和1.8s，着色效率为65.9cm2/C，超过10000圈循环测试保持稳定。
本发明的Bi-GO双掺杂的WO3电致变色薄膜的制备方法简单，使用的材料和制备工艺成本低，不需要真空等极端环境条件和精密复杂设备，可快速实现规模化生产。低浓度的Bi元素(Bi:W＝1:30)可以作为过氧钨酸溶液的稳定剂。如果添加更多的Bi元素，例如，将0.06g以上的Bi金属加入到1.0mL过氧钨酸溶液中，过氧钨酸溶液会直接变成黄色的凝胶状物质，即使搅拌也无法完全溶解，这表明，Bi元素可以作为交联剂或催化剂促进过氧钨酸的聚合，进而增强Bi-过氧钨酸的稳定性。因此本发明制备的Bi-过氧钨酸溶液和Bi-GO-过氧钨酸溶胶非常稳定，可以在室内环境条件下稳定存放数年，有利于生产应用及商业化。石墨烯中的电子传输拥有二维狄拉克费米子的性质，载流子几乎可以光速运动。石墨烯基材料中包含大量官能团，不像石墨烯拥有空的pz轨道，但也可以使得离子和电子的运动速度加快，从而提高WO3晶格中的电荷转移效率。此外，大量的官能团也有利于石墨烯基材料形成均匀的溶胶，以及在焙烧过程中和WO3形成化学结合。
本发明的Bi-GO双掺杂的WO3电致变色薄膜，在褪色下具有高透光率和透明度，在着色态下呈深蓝色，对可见光和近红外光拥有强大的屏蔽能力。在硫酸溶液中响应速度极快，且在合适的电位窗口下拥有良好的循环稳定性。
附图说明
图1为实施例1中Bi-GO双掺杂的WO3电致变色薄膜的扫描电镜图像；
图2为实施例1中Bi-GO双掺杂的WO3电致变色薄膜在原始态，-0.3V着色态和0.5V褪色态下的透射率曲线示意图；
图3为实施例1中Bi-GO双掺杂的WO3电致变色薄膜在-0.3/0.5V电位下的原位响应曲线图；
图4为实施例1中Bi-GO双掺杂的WO3电致变色薄膜在-0.3V电位和630nm波长下的显色效率；
图5为实施例1中Bi-GO双掺杂的WO3电致变色薄膜在-0.3/0.5V电位下的长期稳定性测试曲线图；
图6为实施例2中Bi-GO双掺杂的WO3电致变色薄膜在原始态，-0.3V着色态和0.5V褪色态下的透射率曲线示意图；
图7为实施例2中Bi-GO双掺杂的WO3电致变色薄膜在-0.3/0.5V电位下的原位响应曲线图；
图8为实施例2中Bi-GO双掺杂的WO3电致变色薄膜在-0.3V电位下和630nm波长下的显色效率；
图9为实施例3中Bi-GO双掺杂的WO3电致变色薄膜在原始态，-0.5V着色态和0.5V褪色态下的透射率曲线示意图；
图10为实施例3中Bi-GO双掺杂的WO3电致变色薄膜在-0.3/0.5V电位下的原位响应曲线图；
图11为实施例3中Bi-GO双掺杂的WO3电致变色薄膜在-0.3/0.5V电位下的长期稳定性测试曲线图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例以及附图对本发明作进一步说明。
实施例1
本实施例的Bi-GO双掺杂WO3电致变色薄膜，包括以下步骤：
(1)氟掺杂氧化锡(FTO)玻璃基板的预处理
将一块FTO玻璃基板用去离子水、无水乙醇、去离子水分别超声清洗15min，去除表面有机物，吹去表面液体。FTO玻璃基板的尺寸为3cm×2cm。
(2)Bi-GO-过氧钨酸溶胶的制备
将15g的钨酸(H2WO4)溶于100mL的质量百分比浓度为30％的过氧化氢(H2O2)溶液中，在室温下以300rpm的转速搅拌4天，静置6h后得到澄清透明的过氧钨酸溶液，过氧钨酸溶液的浓度为0.3M。向过氧钨酸溶液中加入三氧化二铋(Bi2O3)，使过氧钨酸溶液中Bi原子和W原子的个数比为1：30，之后将加入Bi2O3的过氧钨酸溶液密封并在80℃下水浴加热8h至Bi2O3完全溶解后，得到Bi-过氧钨酸溶液。取出2mL的Bi-过氧钨酸溶液,加入200μL的浓度为1mg/mL的GO纳米片分散液，80℃搅拌加热6h形成均匀的Bi-GO-过氧钨酸溶胶。
(3)Bi-GO双掺杂的WO3电致变色薄膜的制备
将步骤(2)中得到的Bi-GO-过氧钨酸溶胶在预处理过的FTO玻璃基板上以1500rpm的转速旋涂40s成膜，之后在300℃下焙烧2h，得到Bi-GO双掺杂的WO3电致变色薄膜。该Bi-GO双掺杂的WO3电致变色薄膜的结构为非晶态结构。
实施例1的Bi-GO双掺杂的WO3电致变色薄膜采用上述方法制备。
本发明提供一种玻璃，该玻璃内含有实施例1制备的Bi-GO双掺杂的WO3电致变色薄膜，该玻璃可以在建筑门窗或玻璃幕墙中的应用。
实施例1制备的Bi-GO双掺杂的WO3电致变色薄膜的扫描电镜图如图1所示。
实施例1制备的Bi-GO双掺杂的WO3电致变色薄膜的性能表现如图2～5所示。
实施例2
(1)氟掺杂氧化锡(FTO)玻璃基板的预处理
将一块FTO玻璃基板用去离子水、无水乙醇、去离子水分别超声清洗15min，去除表面有机物，吹去表面液体。FTO玻璃基板的尺寸为3cm×2cm。
(2)Bi-GO-过氧钨酸溶胶的制备
将15g的H2WO4溶于100mL的质量百分比浓度为30％的H2O2中，在室温下以300rpm的转速搅拌4天，静置6h后得到澄清透明的过氧钨酸溶液，过氧钨酸溶液的浓度为0.3M。向过氧钨酸溶液中加入Bi2O3，使过氧钨酸溶液中Bi原子和W原子的个数比为1：30，之后将加入Bi2O3的过氧钨酸溶液密封并在80℃下水浴加热8h至Bi2O3完全溶解后，得到Bi-过氧钨酸溶液。取出2mL Bi-过氧钨酸溶液,加入400μL的浓度为1mg/mL的GO纳米片分散液，80℃搅拌加热6h形成均匀的Bi-GO-过氧钨酸溶胶。
(3)Bi-GO双掺杂的WO3电致变色薄膜的制备
将步骤(2)中得到的Bi-GO-过氧钨酸溶胶在预处理过的FTO玻璃基板上以1500rpm的转速旋涂40s成膜，之后在300℃下焙烧2h，得到Bi-GO双掺杂的WO3电致变色薄膜。该Bi-GO双掺杂的WO3电致变色薄膜的结构为非晶态结构。
实施例2的Bi-GO双掺杂的WO3电致变色薄膜采用上述方法制备。
本发明提供一种玻璃，该玻璃内含有实施例2制备的Bi-GO双掺杂的WO3电致变色薄膜，该玻璃可以在建筑门窗或玻璃幕墙中的应用。
实施例2制备的Bi-GO双掺杂的WO3电致变色薄膜的性能表现如图6～8所示。
实施例3
本实施例的Bi-GO双掺杂的WO3电致变色薄膜的制备方法，包括以下步骤：
(1)氟掺杂氧化锡(FTO)玻璃基板的预处理
将一块FTO玻璃基板用去离子水、无水乙醇、去离子水分别超声清洗15min，去除表面有机物，吹去表面液体。FTO玻璃基板的尺寸为3cm×2cm。
(2)Bi-GO-过氧钨酸溶胶的制备
将15g的H2WO4溶于100mL的质量百分比浓度为30％的H2O2中，在室温下以300rpm的转速搅拌4天，静置6h后得到澄清透明的过氧钨酸溶液，过氧钨酸溶液的浓度为0.3M。向过氧钨酸溶液中加入Bi2O3，使过氧钨酸溶液中Bi原子和W原子的个数比为1：30，之后将加入Bi2O3的过氧钨酸溶液密封并在80℃下水浴加热8h至Bi2O3完全溶解后，得到Bi-过氧钨酸溶液。取出2mL的Bi-过氧钨酸溶液,加入200μL的浓度为1mg/mL的GO纳米片分散液，80℃搅拌加热6h形成均匀的Bi-GO-过氧钨酸溶胶。
(3)Bi-GO双掺杂的WO3电致变色薄膜的制备
将步骤(2)中得到的Bi-GO-过氧钨酸溶胶在预处理过的FTO玻璃基板上以1500rpm的转速旋涂40s成膜，之后在200℃下焙烧2h，得到Bi-GO双掺杂的WO3电致变色薄膜。该Bi-GO双掺杂的WO3电致变色薄膜的结构为非晶态结构。
本实施例的Bi-GO双掺杂的WO3电致变色薄膜采用上述方法制备。
本发明提供一种玻璃，该玻璃内含有本实施例制备的Bi-GO双掺杂的WO3电致变色薄膜，该玻璃可以在建筑门窗或玻璃幕墙中的应用。
实施例3制备的Bi-GO双掺杂的WO3电致变色薄膜的性能表现如图9～11所示。
实施例4
本实施例的Bi-rGO双掺杂的WO3电致变色薄膜的制备方法，包括以下步骤：
(1)氟掺杂氧化锡(FTO)玻璃基板的预处理
将一块FTO玻璃基板用去离子水、无水乙醇、去离子水分别超声清洗15min，去除表面有机物，吹去表面液体。FTO玻璃基板的尺寸为3cm×2cm。
(2)Bi-rGO-过氧钨酸溶胶的制备
将15g的H2WO4溶于100mL的质量百分比浓度为30％的H2O2中，在室温下以300rpm的转速搅拌4天，静置6h后得到澄清透明的过氧钨酸溶液，过氧钨酸溶液的浓度为0.3M。向过氧钨酸溶液中加入Bi2O3，使过氧钨酸溶液中Bi原子和W原子的个数比为1：30，之后将加入Bi2O3的过氧钨酸溶液密封并在80℃下水浴加热8h至Bi2O3完全溶解后，得到Bi-过氧钨酸溶液。取出2mL Bi-过氧钨酸溶液,加入200μL的浓度为1mg/mL的rGO纳米片分散液，80℃搅拌加热8h形成均匀的Bi-GO-过氧钨酸溶胶。
(3)Bi-GO双掺杂的WO3电致变色薄膜的制备
将步骤(2)中得到的Bi-rGO-过氧钨酸溶胶在预处理过的FTO玻璃基板上以1500rpm的转速旋涂40s成膜，之后在300℃下焙烧2h，得到Bi-rGO双掺杂的WO3电致变色薄膜。该Bi-rGO双掺杂的WO3电致变色薄膜的结构为非晶态结构。
本实施例的Bi-GO双掺杂的WO3电致变色薄膜采用上述方法制备。
本发明提供一种玻璃，该玻璃内含有本实施例制备的Bi-rGO双掺杂的WO3电致变色薄膜，该玻璃可以在建筑门窗或玻璃幕墙中的应用。
实施例5
本实施例的Bi-GO双掺杂的WO3电致变色薄膜的制备方法，包括以下步骤：
(1)氟掺杂氧化锡(FTO)玻璃基板的预处理
将一块FTO玻璃基板用去离子水、无水乙醇、去离子水分别超声清洗15min，去除表面有机物，吹去表面液体。FTO玻璃基板的尺寸为3cm×2cm。
(2)Bi-GO-过氧钨酸溶胶的制备
将15g的H2WO4溶于100mL的质量百分比浓度为30％的H2O2中，在室温下以300rpm的转速搅拌4天，静置6h后得到澄清透明的过氧钨酸溶液，过氧钨酸溶液的浓度为0.3M。向过氧钨酸溶液中加入铋粉，使过氧钨酸溶液中Bi原子和W原子的个数比为1：30，之后将加入铋粉的过氧钨酸溶液密封并在80℃下水浴加热8h至Bi2O3完全溶解后，得到Bi-过氧钨酸溶液。取出2mL Bi-过氧钨酸溶液,加入200μL的浓度为4mg/mL的GO纳米片分散液，60℃搅拌加热10h形成均匀的Bi-GO-过氧钨酸溶胶。
(3)Bi-GO双掺杂的WO3电致变色薄膜的制备
将步骤(2)中得到的Bi-GO-过氧钨酸溶胶在预处理过的FTO玻璃基板上以1500rpm的转速旋涂40s成膜，之后在350℃下焙烧3h，得到Bi-GO双掺杂的WO3电致变色薄膜。该Bi-GO双掺杂的WO3电致变色薄膜的结构为非晶态结构。
本实施例的Bi-GO双掺杂的WO3电致变色薄膜采用上述方法制备。
本发明提供一种玻璃，该玻璃内含有本实施例制备的Bi-GO双掺杂的WO3电致变色薄膜，该玻璃可以在建筑门窗或玻璃幕墙中的应用。
实施例6
本实施例的Bi-GO双掺杂的WO3电致变色薄膜的制备方法，包括以下步骤：
(1)氟掺杂氧化锡(FTO)玻璃基板的预处理
将一块FTO玻璃基板用去离子水、无水乙醇、去离子水分别超声清洗15min，去除表面有机物，吹去表面液体。FTO玻璃基板的尺寸为3cm×2cm。
(2)Bi-GO-过氧钨酸溶胶的制备
将15g的H2WO4溶于75mL的质量百分比浓度为40％的H2O2中，在室温下以300rpm的转速搅拌4天，静置6h后得到澄清透明的过氧钨酸溶液，过氧钨酸溶液的浓度为0.4M。向过氧钨酸溶液中加入硝酸铋，使过氧钨酸溶液中Bi原子和W原子的个数比为1：30，之后将加入硝酸铋的过氧钨酸溶液密封并在60℃下水浴加热12h至硝酸铋完全溶解后，得到Bi-过氧钨酸溶液。取出2mL Bi-过氧钨酸溶液,加入800μL的浓度为0.5mg/mL的rGO纳米片分散液，50℃搅拌加热12h形成均匀的Bi-GO-过氧钨酸溶胶。
(3)Bi-GO双掺杂的WO3电致变色薄膜的制备
将步骤(2)中得到的Bi-GO-过氧钨酸溶胶在预处理过的FTO玻璃基板上以1500rpm的转速旋涂40s成膜，之后在600℃下焙烧5h，得到Bi-GO双掺杂的WO3电致变色薄膜。该Bi-GO双掺杂的WO3电致变色薄膜的结构为晶体结构。
本实施例的Bi-GO双掺杂的WO3电致变色薄膜采用上述方法制备。
本发明提供一种玻璃，该玻璃内含有本实施例制备的Bi-GO双掺杂的WO3电致变色薄膜，该玻璃可以在建筑门窗或玻璃幕墙中的应用。
实施例7
本实施例的Bi-GO双掺杂的WO3电致变色薄膜的制备方法，包括以下步骤：
(1)氟掺杂氧化锡(FTO)玻璃基板的预处理
将一块FTO玻璃基板用去离子水、无水乙醇、去离子水分别超声清洗15min，去除表面有机物，吹去表面液体。FTO玻璃基板的尺寸为3cm×2cm。
(2)Bi-GO-过氧钨酸溶胶的制备
将15g的H2WO4溶于150mL的质量百分比浓度为15％的H2O2中，在室温下以300rpm的转速搅拌4天，静置6h后得到澄清透明的过氧钨酸溶液，过氧钨酸溶液的浓度为0.2M。向过氧钨酸溶液中加入三氧化二铋，使过氧钨酸溶液中Bi原子和W原子的个数比为1：30，之后将加入三氧化二铋的过氧钨酸溶液密封并在100℃下加热4h至三氧化二铋完全溶解后，得到Bi-过氧钨酸溶液。取出2mL Bi-过氧钨酸溶液,加入200μL的浓度为2mg/mL的GO纳米片分散液，100℃搅拌加热4h形成均匀的Bi-GO-过氧钨酸溶胶。
(3)Bi-GO双掺杂的WO3电致变色薄膜的制备
将步骤(2)中得到的Bi-GO-过氧钨酸溶胶在预处理过的FTO玻璃基板上以1500rpm的转速旋涂40s成膜，之后在200℃下焙烧5h，得到Bi-GO双掺杂的WO3电致变色薄膜。该Bi-GO双掺杂的WO3电致变色薄膜的结构为非晶态结构。
本实施例的Bi-GO双掺杂的WO3电致变色薄膜采用上述方法制备。
本发明提供一种玻璃，该玻璃内含有本实施例制备的Bi-GO双掺杂的WO3电致变色薄膜，该玻璃可以在建筑门窗或玻璃幕墙中的应用。
实验例1
将实施例1制备的Bi-GO双掺杂的WO3电致变色薄膜作为工作电极，铂片为对电极，饱和Ag/AgCl为参比电极，以0.5M的H2SO4溶液为电解质，使用三电极***的电化学工作站和紫外-可见光-近红外分光光度计进行电致变色性能测试，测试结果如图2～5所示。从图2可以看出，实施例1制备的Bi-GO双掺杂的WO3电致变色薄膜，在以0.5M的H2SO4溶液为电解质及在630nm波长条件下，实施例1制备的Bi掺杂WO3电致变色薄膜在-0.3V着色态的透射率与在-0.5V褪色态透射率的变化可达到85％，从而可知实施例1制备的Bi-GO双掺杂的WO3电致变色薄膜拥有更大的光调制范围以及更好的稳定性。从图3和图4可以看出，实施例1制备的Bi-GO双掺杂的WO3电致变色薄膜，褪色时间和着色时间很短，着色时间及褪色时间为1.8s和1.8s，着色效率为65.9cm2/C。从图5可以看出，实施例1制备的Bi-GO双掺杂的WO3电致变色薄膜，超过10000圈循环测试保持稳定。
实验例2
将实施例2制备的Bi-GO双掺杂的WO3电致变色薄膜作为工作电极，铂片为对电极，饱和Ag/AgCl为参比电极，以0.5M的H2SO4溶液为电解质，使用三电极***的电化学工作站和紫外-可见光-近红外分光光度计进行电致变色性能测试，测试结构如图6～8所示。从图6可以看出，实施例2制备的Bi-GO双掺杂的WO3电致变色薄膜，在以0.5M的H2SO4溶液为电解质及在630nm波长条件下，实施例1制备的Bi掺杂WO3电致变色薄膜在-0.3V着色态的透射率与在-0.5V褪色态透射率的变化可达到69.5％，从而可知实施例2制备的Bi-GO双掺杂的WO3电致变色薄膜拥有更大的光调制范围。从图7和图8可以看出，实施例2制备的Bi-GO双掺杂的WO3电致变色薄膜，褪色时间和着色时间很短，着色时间及褪色时间为3s和0.9s，着色效率为51.11cm2/C。
实验例3
将实施例3制备的Bi-GO双掺杂的WO3电致变色薄膜作为工作电极，铂片为对电极，饱和Ag/AgCl为参比电极，以0.5M的H2SO4溶液为电解质，使用三电极***的电化学工作站和紫外-可见光-近红外分光光度计进行电致变色性能测试，测试结构如图9～11所示。从图9可以看出，实施例3制备的Bi-GO双掺杂的WO3电致变色薄膜，在以0.5M的H2SO4溶液为电解质及在630nm波长条件下，实施例1制备的Bi掺杂WO3电致变色薄膜在-0.3V着色态的透射率与在-0.5V褪色态透射率的变化可达到85％，从而可知实施例3制备的Bi-GO双掺杂的WO3电致变色薄膜拥有更大的光调制范围以及更好的稳定性。从图10可以看出，实施例3制备的Bi-GO双掺杂的WO3电致变色薄膜，褪色时间和着色时间很短，着色时间及褪色时间为2.4s和1.5s。从图11可以看出，实施例3制备的Bi-GO双掺杂的WO3电致变色薄膜，每10s循环一圈，测试960分钟，超过5760圈循环测试保持稳定。
从实验例1、实验例2以及实验例3中可以看出，制备的Bi-GO双掺杂WO3电致变色薄膜具有三大优势：(1)Bi元素掺杂增大了层间的晶面间距，同时诱导材料趋向于(002)方向，降低了质子的扩散势垒；(2)石墨烯基材料拥有更高的导电性，可以促进电子在WO3基薄膜中的转移；(3)石墨烯基材料含有各种含氧官能团，如羟基、羧基和酮基，这些官能团提高了氧化石墨烯的亲水性，使其能够与极性底物进行显著的界面相互作用，配合陈化可以得到均匀的溶胶，进而通过旋涂法制备出结构均匀且与基底之间拥有强附着力的薄膜。这些优点使得Bi-GO双掺杂WO3电致变色薄膜拥有加速的电荷传输动力学，促进了电子在材料中的转移以及质子在晶格中的***/提取过程，进而使薄膜表现出优异的光调制范围响应速度。此外，GO的片状结构有利于WO3材料的附着和更多活性位点的暴露，薄膜的疏松结构及其与基底之间强大的附着力使其拥有优异的电致变色循环稳定性。
Claims (10)
1.一种Bi-GO双掺杂WO3电致变色薄膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1)：将钨酸溶于过氧化氢溶液后得到过氧钨酸溶液，向过氧钨酸溶液中加入含铋元素的物质，含铋元素的物质溶解后得到Bi-过氧钨酸溶液；
步骤2)：向步骤1)得到的Bi-过氧钨酸溶液中加入石墨烯基材料纳米片分散液，搅拌加热形成均匀的Bi-GO-过氧钨酸溶胶；
步骤3)：将步骤2)得到的Bi-GO-过氧钨酸溶胶旋涂到导电玻璃基板，焙烧后，即得。
2.根据权利要求1所述的Bi-GO双掺杂WO3电致变色薄膜的制备方法，其特征在于，步骤2)所述的石墨烯基材料为氧化石墨烯或氧化还原石墨烯。
3.根据权利要求1所述的Bi-GO双掺杂WO3电致变色薄膜的制备方法，其特征在于，步骤2)中所述Bi-GO-过氧钨酸溶胶的制备方法为，将石墨烯基材料纳米片分散液加入到所述Bi-过氧钨酸溶液后，在50～100℃条件下搅拌加热4～12h，即得。
4.根据权利要求1所述的Bi-GO双掺杂WO3电致变色薄膜的制备方法，其特征在于，石墨烯基材料与钨酸的质量比为0.0001～0.03:1，所述石墨烯基材料纳米片分散液的浓度为0.5～8mg/mL。
5.根据权利要求1所述的Bi-GO双掺杂WO3电致变色薄膜的制备方法，其特征在于，所述Bi-过氧钨酸溶液的制备方法为：将含铋元素的物质加入所述过氧钨酸溶液后，密封，在60～100℃下加热4～12h，即得；所述的含铋元素的物质为三氧化二铋、铋粉或硝酸铋中的一种或几种，所述Bi-过氧钨酸溶液中钨原子与铋原子的个数比为1:30，每g所述钨酸对应5～10mL的过氧化氢溶液，所述Bi-过氧钨酸溶液与所述石墨烯基材料纳米片分散液的体积比为10～2:1。
6.根据权利要求1或5所述的Bi-GO双掺杂WO3电致变色薄膜的制备方法，其特征在于，步骤1)所述的过氧化氢溶液的质量百分比浓度为15～50％，所述过氧钨酸溶液的摩尔浓度为0.1～1M。
7.根据权利要求1所述的Bi-GO双掺杂WO3电致变色薄膜的制备方法，其特征在于，步骤3)所述的导电玻璃基板为氟掺杂氧化锡玻璃基板，所述烘焙的温度为100～600℃，烘焙时间为0～6h。
8.一种Bi-GO双掺杂WO3电致变色薄膜，其特征在于，采用权利要求1所述的Bi-GO双掺杂WO3电致变色薄膜的制备方法制备得到。
9.根据权利要求8所述的Bi-GO双掺杂WO3电致变色薄膜，其特征在于，所述Bi-GO双掺杂WO3电致变色薄膜的结构为非晶态结构。
10.一种玻璃，其特征在于，所述玻璃内含有权利要求8所述的Bi-GO双掺杂WO3电致变色薄膜，所述玻璃在建筑门窗或玻璃幕墙中的应用。
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