Forschende der Tsinghua-Universität haben poröse, yolk-shell NiO Nanosphären (PYS-NiO NSs) mittels eines Solvothermal-Verfahrens und anschließender Kalzinierung von Ni-MOF synthetisiert. Weil die großen spezifischen Oberflächen und hohlen porösen Nanostrukturen den ionischen Transport fördern, zeigten die PYS-NiO NSs eine schnelle Farbwechselgeschwindigkeit (3,6/3,9 s für einen Farbwechselzyklus) und eine ausgezeichnete Zyklusstabilität (82% Kapazitätserhalt nach 3000 Zyklen). Diese überlegenen elektrochromen (EC) Eigenschaften deuten darauf hin, dass diese PYS-NiO NSs ein vielversprechender Kandidat für Hochleistungs-EC-Geräte sind.
Elektrochrome Materialien (ECMs) sind Materialien, die unter verschiedenen Spannungen reversible Änderungen in ihrer Farbe und optischen Eigenschaften (Transmittanz, Reflexion und Absorption) aufweisen. In den letzten Jahrzehnten haben ECMs aufgrund ihrer hervorragenden optischen Modulationsfähigkeiten vielversprechende Vorteile und Anwendungsaussichten in vielen Bereichen wie intelligenten Fenstern, angepasster Tarnung, elektronischen Displays und Energiespeicherungen gezeigt.
Übergangsmetalloxide (TMOs) gehören zu den wichtigsten ECMs, die weit verbreitet untersucht werden. Sie haben viele Vorteile wie reichhaltiges Nanostrukturdesign, einfache Syntheseverfahren, hohe Sicherheit usw. Unter ihnen ist Nickeloxid (NiO) ein attraktives Anoden-ECM und hat aufgrund seiner hohen optischen Kontraste, hohen Färbefähigkeit, niedrigen Kosten usw. umfassendes Forschungsinteresse auf sich gezogen.
Jedoch haben NiO-basierte ECMs immer noch mit langen EC-Schaltzeiten und schlechter Zyklusstabilität zu kämpfen, die durch eine schlechte ionische/elektronische Diffusionskinetik und niedrige elektrische Leitfähigkeit verursacht werden.
Metal-Organic Frameworks (MOFs) haben aufgrund ihrer hohen Porosität und großer Oberflächenbereiche enorm viel Aufmerksamkeit erregt und können durch die Auswahl verschiedener Metallionen und organischer Brückenliganden für verschiedene Eigenschaften angepasst werden.
Aufgrund der Porosität und Langordnung können MOFs schnelle und bequeme Kanäle für kleine Moleküle und Ionen während des Transformationsprozesses bereitstellen. Daher können MOFs für die Herstellung von hohlen und porösen TMOs mit hoher Ionentransporteffizienz, ausgezeichneter spezifischer Kapazität und elektrochemischen Aktivitäten verwendet werden.
Aus diesem Grund schlugen die Autoren eine neue Strategie vor, um eine Art NiO mit hohler und poröser Struktur zu entwerfen, um eine hervorragende EC-Leistung und Zyklusstabilität zu erzielen. Als Proof-of-Concept-Demonstration synthetisierten die Forscher erfolgreich aus MOFs abgeleitete poröse yolk-shell NiO Nanosphären (PYS-NiO NSs), die eine hervorragende EC-Leistung zeigten.
Ni-organische Rahmenkugeln wurden durch eine einfache Solvothermal-Methode hergestellt und durch thermische Zersetzung in PYS-NiO NSs umgewandelt. Die PYS-NiO NSs zeigten relativ hohe spezifische Oberflächen und stabile Hohlraumstrukturen, die nicht nur eine große Kontaktfläche zwischen aktiven Stellen und Elektrolytionen im EC-Prozess bieten, sondern auch die Fähigkeit des NiO fördern, große Volumenänderungen ohne Bruch aufzunehmen.
Zusätzlich verkürzten die PYS-NiO NSs auch die Ionen-Diffusionslänge und boten effiziente Kanäle für die Übertragung von Elektronen und Ionen. Die Kombination mit Kohlenstoff verlieh den PYS-NiO NSs auch eine verbesserte elektronische Leit
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