近日，材料科学与工程学院陈经纬副教授课题组研发了低晶格失配界面层改性电极，有效实现了界面电场/电流场/浓度场的均匀分布，提升了电致变色智能窗的长效稳定性、双稳态特性和光热调控能效，相关成果以“Engineering Low Lattice Mismatch Interface Layer for Durable and Bi-stable Dynamic Smart Windows Based on Reversible Metal Electrodeposition”（构筑低晶格失配界面层赋能长效双稳态可逆金属电沉积型动态智能窗）为题发表在国际能源与环境科学领域权威期刊《Energy & Environmental Science》（《能源与环境科学》）上(IF：31)。该论文的第一完成单位是中国海洋大学，陈经纬副教授为通讯作者，2023级硕士研究生贺同壮为第一作者。
随着城市化进程带来的建筑节能需求，兼具宽光谱动态调控与高能效的可逆金属沉积器件（RMED）在智能窗领域备受关注。然而，RMED中不可控的电极/电解质界面结构会导致金属沉积不均匀、循环稳定性差及双稳态难以实现等问题，严重制约其实际应用。针对这些问题，课题组通过理性设计与筛选，在氟掺杂氧化锡透明导电玻璃基底上构建了具有低晶格失配特性的NiO@C界面修饰层。低晶格失配界面层可以降低沉积层与基底之间的残余应力，有效调控金属的均匀形核与可控生长。实验与仿真计算结果表明，该界面层可以促进界面电场、离子浓度与电流密度的均匀分布，引导Zn2+实现均匀、快速的沉积与溶解，降低了界面活化能，提升了着色效率，并实现了中性着色特性。
图1. NiO@C-RMED结构及应用示意
图2. NiO@C-RMED节能潜力模拟
NiO@C-RMED可在透明与色彩中性暗态之间切换，实现了室内外光热交换的按需调控，在实际应用中也展现出显著隔热节能优势。模拟计算表明，NiO@C-RMED可以实现0.38的大幅度太阳热增益系数调制，媲美商用产品。基于全球多气候区的建筑节能模拟分析也表明，该RMED能根据环境动态调节透光率，相较于Low-e玻璃，其在热带地区（如泰国曼谷）日均节能约20%，在亚热带地（如中国台北）冬季节能效率最高提升60%。全球21个代表城市的全年数据显示，NiO@C-RMED的节能率均超过20%，热带地区最大年节能达185 MJ·m-2。该工作不仅有效提升了NiO@C-RMED的光热调控效能与建筑节能潜力，为发展高性能、长寿命的动态智能窗提供了有效的界面工程策略，也为零碳建筑的发展提供了新的技术推动力，为动态光热调控能源光电子器件提供了新的设计思路。
该工作得到了国家自然科学基金、山东省优秀青年科学家基金（海外）项目、中国海洋大学青年英才启动经费、中央高校基本科研业务费等经费的支持。
原文链接：https://doi.org/10.1039/D5EE07238G
文/图：贺同壮
