近日，上理工材料與化學學院電致變色材料課題組在電致變色智能窗領域取得最新進展，相關研究以“基于陰陽離子共嵌入的多波段調控電致變色智能窗”(Electrochromic smart windows with co-intercalation of cations and anions for multi band regulations)為題發表在《自然?通訊》(Nature Communications)上，碩士研究生孫佳偉為第一作者，王金敏教授、馬董云副教授與南方科技大學溫瑞濤研究員為共同通訊作者，上海理工大學為第一單位。
為了滿足居住的舒適度，居民對于室內照明、制冷/供暖和通風的需求日益增長，導致建筑能耗占到能耗總量的大約40%。窗戶作為能源利用效率最低的部件之一，其節能化改造是建筑節能中的研究熱點。研究發現，電致變色智能窗能夠在幾伏的小電壓下變色，從而可以動態調控太陽光和熱的傳輸，是一項關鍵的節能減排技術，對我國實現“碳達峰”“碳中和”的雙碳戰略意義重大。此外，電致變色智能窗應用于汽車天窗、高鐵窗戶和飛機舷窗，不僅可以實現交通工具內部的調光，還可以節能、隔熱，已成為交通領域的研究熱點。
通常，電致變色智能窗是通過離子在材料中的嵌入/脫出，伴隨著電子的轉移，來實現著色態和褪色態的切換。然而，現有的研究長期局限于“搖椅式”的陽離子（如H?、Li?、Zn2+）的嵌入/脫出機制，而忽視了陰離子的作用，導致相關機理不清晰。為此，研究人員首次證明了陰離子（F-、Cl-、Br-、SO42-）可以在普魯士藍薄膜中嵌入與脫出，并設計了基于普魯士藍和鈮鎢雙金屬氧化物（Nb18W16O93）的電致變色器件，其中變色源于K+的嵌入與脫出。
該研究首次揭示了Cl-嵌入主導的普魯士藍到普魯士綠/普魯士黃的變色機制，解決了電極電荷失衡難題。所設計的電致變色器件通過K+和Cl-的陰陽雙離子共嵌入策略實現了多波段動態調控，器件同時具備全透、亮藍、深藍與綠色四種狀態的可逆切換，并實現了6000次的優異循環穩定性，為下一代高性能電致變色智能窗的開發開辟了新路徑。
研究原理圖
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論文鏈接：https://doi.org/10.1038/s41467-025-61854-3
