近日，南方科技大学材料科学与工程系温瑞涛副教授团队围绕电致变色器件长效服役难题开展系统性研究，分别在原位紫外光照射诱导的性能自修复和阳极材料电荷容量匹配优化两个方向取得进展，为高性能、长寿命电致变色智能窗的实用化落地提供支撑。两项研究成果均发表于国际学术期刊 Advanced Functional Materials，其中，原位紫外光照射实现电致变色性能的修复该项工作被遴选为当期封面。

通过原位紫外光照自修复技术实现器件工况下性能自愈

电致变色技术可动态调节材料与器件的透过率和吸收率等特性，在伪装、低频显示及建筑/汽车节能等领域具有广阔应用前景。其中，非晶WO₃作为典型阴极电致变色材料，可通过Li⁺等离子的可逆嵌入与脱出实现光学调控。然而，长期循环过程中离子会逐渐 “滞留” 于材料内部，导致光学调制能力下降和器件性能衰减，严重限制其实际应用寿命。此前报道的恒电流、恒电压以及“紫外光+偏压”等恢复方法虽能实现单层薄膜材料的性能恢复，但通常需要长时间施加高偏压，引发电解质分解并损伤器件对电极，因此难以在器件体系中兼容。

图1 非晶WO₃薄膜原位紫外光照电致变色性能变化

针对这一问题，研究团队发展出一种工况下紫外光照诱导的性能恢复策略：在器件正常工作循环过程中同步引入紫外光照射，使衰减的WO₃在运行过程中实现自发性能恢复。研究发现，紫外光照射产生的光电流能够促进“滞留”在基体中的离子（以正交相Li₂WO₄形式存在）释放，从而恢复WO₃的电致变色活性。实验结果表明，明显衰减的WO₃薄膜在原位紫外光辅助下经过数十圈循环即可恢复初始光学调制能力。进一步研究还揭示了恢复过程中的关键结构演化机制：适度紫外照射可促进正交相Li₂WO₄分解，而持续照射则会诱导形成六方相Li₂WO₄纳米晶导致材料永久失活。因此，紫外光照需在器件性能恢复后及时停止。相比传统后处理方法，该策略无需长时间高偏压即可实现快速修复，在器件中完全兼容。

图2 原位紫外光照在完整电致变色器件中效果展示。a)WO₃/NiO 基电致变色全器件结构示意图；b)WO₃基器件长期循环和原位紫外恢复光学透过率变化；c)WO₃基器件长期循环和紫外+偏压恢复光学透过率变化；d-f)NiO薄膜SEM形貌，依次为原始态、长期循环后经原位紫外光照修复、长期循环后经紫外光照协同偏压修复

该策略在WO₃/NiO电致变色器件中验证了其兼容性。在405 nm光照辅助下，衰减的器件能够在工作过程中恢复光学调制性能，并保持较慢的后续衰减速率。扫描电子显微镜结果表明，原位恢复过程不会损伤对电极，而传统“紫外光照+偏压”的方法则会导致对电极薄膜剥离和器件快速失效，证明该策略能够实现对完整器件的安全修复。同时，该方法在TiO₂等其它阴极电致变色氧化物中同样有效，为构建超长寿命电致变色器件提供了新的理论依据与技术路线。

该成果以“In Operando Ultraviolet Illumination Enables Self-Healing Electrochromic Response”为题，在线发表于国际期刊 Advanced Functional Materials，南方科技大学材料科学与工程系2021级硕士研究生周琴琪（现为瑞典隆德大学博士生）与2024级硕士研究生田欣雨为论文共同第一作者，温瑞涛为论文通讯作者，南方科技大学为论文第一单位。论文作者还包括南科大材料系2023级博士生邵佩佩、2022级硕士研究生殷梦涵（已毕业）、2023级硕士研究生张丞汉。该研究工作得到了国家自然科学基金、量子功能材料全国重点实验室、广东省信息功能氧化物实验室等支持。

通过扩散控制电致变色阳极实现互补型电致变色器件中的电荷平衡设计

目前，主流的WO₃/NiO互补型电致变色器件存在明显短板：阴阳极电荷容量不匹配，长期循环下易出现阳极性能衰退、锂离子俘获等问题，造成器件性能快速衰减。同时，传统磁控溅射工艺制备的LiCoO₂薄膜存在锂元素挥发缺失的问题，极易生成Co₃O₄杂相，严重制约其作为电致变色阳极的应用。

针对以上痛点，研究人员采用Li₂O与LiCoO₂双靶共溅射的锂补充策略制备层状钴酸锂薄膜。该工艺可有效补偿溅射过程中损失的锂元素，消除Co₃O₄有害杂相，显著提升薄膜结晶度与层状结构完整性，优化锂离子嵌脱可逆性。研究团队系统开展多维度电化学对比表征（图3）：随薄膜厚度增加，LS-LiCoO₂电荷容量线性稳定提升，而传统NiO容量增长受限，实现与WO₃阴极精准电荷平衡；不同扫速CV与动力学b值拟合证实，LS-LiCoO₂遵循层间锂离子体相扩散机制（b ≈ 0.51），NiO 则为表面赝电容主导动力学（b ≈ 0.9）。阻抗测试进一步证明，LS-LiCoO₂拥有更优异的界面离子传输可逆性。二者性能存在固有权衡：NiO调光响应更快，但LS-LiCoO₂从根源解决阴阳极电荷失衡带来的器件长周期劣化难题。

图3 LS-LiCoO₂与NiO阳极薄膜电化学动力学、电荷容量及切换性能对比；a）不同厚度LS-LiCoO₂与NiO薄膜电荷容量对比；b）两种阳极不同扫描速率下的动态透过率切换曲线；c-d）LS-LiCoO₂与NiO的动力学b值拟合结果

团队进一步组装完整LS-LiCoO₂/WO₃互补电致变色器件，开展光学、循环耐久与车载场景验证（图4）。该器件覆盖全可见光-近红外光谱连续调光，着色色彩稳定可控；在±1.5 V最优电压窗口下完成千次循环，光学调制衰减甚微，稳定性显著优于同体系NiO/WO₃器件。结合深圳日间温度、太阳辐照实测数据，团队完成车载天窗热管理仿真，为汽车节能温控、长寿命智能调光器件开发提供全新可行方案。

图4 LS-LiCoO₂/WO₃器件光学调控、循环稳定性及车载热管理节能应用研究。a）LS-LiCoO₂/WO₃器件不同电压下全光谱透过曲线；b）WO₃、LS-LiCoO₂、NiO循环伏安对比；c）LS-LiCoO₂/WO₃器件千次循环透过率稳定性；d）深圳日间温度与太阳辐照实测数据；e）车载天窗褪色/着色两种工作模式模型图；f）全天各时段制冷节能效果统计

该成果以“Charge-balance design in complementary electrochromic devices enabled by a diffusion-controlled electrochromic anode”为题，在线发表于国际期刊 Advanced Functional Materials，南方科技大学材料科学与工程系23级硕士生高尔为论文第一作者，温瑞涛为论文通讯作者，南方科技大学为论文第一单位。论文作者还包括四川大学建筑与环境学院2025级研究生段洲杰、南科大材料系科研助理孙佳伟、南科大2022级硕士研究生殷梦涵（已毕业）、四川大学建筑与环境学院教授孙弘历。该研究工作得到了国家自然科学基金和广东省信息功能氧化物实验室等支持。

论文 1链接：https://doi.org/10.1002/adfm.75708

论文 2链接：https://doi.org/10.1002/adfm.76604 

供稿：材料科学与工程系

通讯员：邓雅丽

主图：丘妍

编辑：曾昱雯