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来源：材料科学前沿收集编辑：高分子科学前沿
电致变色技术由于其可逆的颜色变化特性，使其可以应用于多种光学器件，例如智能窗、多彩显示和光学滤波片。由于颜色改变的持久稳固且仅在产生改变时需要消耗能量，电致变色器件具有制造成本低、驱动电压低、色彩丰富等优点。近年来，随着电致变色领域的蓬勃发展，电致变色器件的性能提升迅速。然而，传统的电致变色显示器件需要外界电压的驱动来实现颜色的转换，达不到最优的节能效果。
因此，山东大学李海增教授提出了一种锌型电致变色器件（Adv. Mater., 2020, 32, 2003574，Joule, 2019, 3, 2268-2278，Adv. Mater., 2019, 31, 1807065）。这种锌型电致变色显示器件的着色过程并不会像传统的电致变色器件一样需要外界电压的驱动，是一种自发的放电过程。因此，在褪色过程中消耗的能量可以部分回收。同时，这种锌型的电致变色器件消除了工作电极和对电极同时发生的变色反应，进而实现了单一电极的颜色调控。 因此，这种锌型电致变色器件模型可以应用于构造全新的多功能电致变色器件。然而，这种锌型电致变色器件仅能表现出一种单向的自发着色机制，无法实现双重的自着色或自褪色。因此，探索具有双重自发着色功能的可逆电致变色器件成为电致变色研究领域的主要任务之一。有鉴于此，山东大学李海增教授团队联合加拿大阿尔伯塔大学团队设计了一种具有双重调节机制的电致变色器件（图1a）。这种双模式的电致变色器件的着色过程并不会像传统的电致变色器件一样需要外界电压的驱动，是一种自发的放电过程。同时，通过调整电解液，这种双重模式的电致变色器件利用了工作电极和对电极的能级差以及同时发生的变色反应（图1b,c），进而实现了对电致变色器件的自着色与自褪色。因此，这种双模式的电致变色器件模型可以应用于构造全新的多功能光学器件。相关成果以“A Dual-Mode Electrochromic Platform Integrating Zinc Anode-Based and Rocking-Chair Electrochromic Devices”为题发表在Advanced Functional Materials上。图1 (a) 双模工作原理 (b) 锌型电致变色器件能级图 (c) 双模式电致变色器件能级图图1a 展示了双模式电致变色器件的工作机理。通过将锌薄与电解液夹于两片电致变色电极（氧化钨与普鲁士蓝）之间，作者构建了一种双模式电致变色器件。在单一锌型电致变色器件中（图1b），由于工作电极和对电极较小的能级差，锌型电致变色器件仅能表现出一种单向的自发着色机制，无法实现双重的颜色调节。 然而，在双模式电致变色器件中（图1c），由于工作电极和对电极较大的能级差，在锌-氧化钨-普鲁士蓝的双重能级跃迁下，这种双模式的电致变色器件可以实现自着色与自褪色。进一步提高了器件的可操作性与灵活性。图2展示了双模式电致变色器件的工作表现。如图2a所示，由于锌阳极与普鲁士蓝电致变色材料间的电势差，这个电致变色器件具有1.467 V的开路电势。 这一开路电势使得器件在点亮LED的过程中（放电过程）实现自主变色。同时，这一放电过程回收了部分在褪色过程中消耗的能量。 值得一提的是，这种双模的电致变色器件可以实现72.6%的透过率调制（图2b），并可以在5秒内实现着色或者褪色（图2c，d）。图3展示了双模式电致变色器件的可操作功能。由于锌-氧化钨-普鲁士蓝之间的双重电势差，这种双模式电致变色器件具有极高的操作灵活性，能够稳定的展示四种不同的色彩状态。目前为止，与锌阳极相结合的电致变色器件已经在实验技术和理论上展现了其优秀的节能性和多变的结构特性。然而，在实际的应用中，提高器件的循环稳定是一个必须克服的难点，需要进一步对器件与材料的研究。Wu Zhang, Haizeng Li* & Abdulhakem Y. Elezzabi*，A Dual-Mode Electrochromic Platform Integrating Zinc Anode-Based and Rocking-Chair Electrochromic Devices，Advanced Functional MaterialsDOI：https://doi.org/10.1002/adfm.202300155原文链接：
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adfm.202300155李海增，山东大学教授，博士生导师。长期从事电致变色光热调控器件的研究，着眼于光电集成技术的发展，从电致变色半导体材料到功能集成化系统器件形成了一个完整的有鲜明特色的研究体系，在理论设计、工艺实现和工程应用方面都取得了关键性的突破。近年来，建立了一步溶剂热法制备高性能氧化钨半导体电致变色薄膜，开发了低成本高稳定性的可印刷电致变色半导体墨水，提出了纳米增材制造印刷电子技术复合薄膜的设计策略，实现了低成本复杂结构的电致变色纳米半导体薄膜的构筑；并创建了“锌”型耗能可回收电致变色集成系统，解决了传统电致变色光热调控器件能耗以及电路设计存在的问题；提出了混合电解质体系用于高性能耗能可回收电致变色集成系统的设计思路，致力于下一代电致变色器件的绿色可持续发展的实用技术的研究；构建了基于耗能可回收电致变色集成系统的“透明多彩”显示新模式，解决了传统电致变色显示器中电极对称性以及颜色多彩性等关键技术难题。2019年来，李海增教授在电致变色光热调控器件领域以一作/独立通讯/共同通讯作者身份发表包括能源电气领域顶刊Joule (Cell姊妹刊)、材料领域顶刊Advanced Materials、光学顶刊Light: Science & Applications等在内的学术论文18篇，并担任Energy & Environmental Materials (IF: 13.443)、Materials Research Letters (IF:8.516)、Advanced Powder Materials (预计首个IF>10)、Frontiers of Physics (教育部主管、高等教育出版社主办期刊, IF:5.142)等期刊青年编委、国家自然科学基金及博士后面上基金评审专家、2023美国材料研究学会春季会议 (2023MRS Spring)电致变色论坛发起人及组织者、第二十二届全国高技术陶瓷学术年会纳米材料与器件分会主席。此外，李海增教授于2022年获得国际信息显示学会 (SID)颁发的SID显示未来之星青年领袖奖，以表彰其近年来在电致变色领域所取得的成就。李海增教授在电致变色领域的研究多次获得国内外媒体包括美国科学促进会、Phys. org、LaserFocusWorld以及中国光学的报道，并于2022年受到“RSC英国皇家化学会”的专访。投稿、荐稿、爆料：editor@polysci.cn