自20世纪60年代首次发现 WO₃薄膜的电致变色现象以来，过渡金属氧化物、有机聚合物以及有机小分子等电致变色材料已被广泛报道。然而，这些材料往往存在着色不均匀、颜色偏蓝以及性能衰减等问题，特别是在大面积器件中更为突出。近年来，科学家们开始探索非金属元素材料在电致变色中的应用，但由于非金属单质通常具有较差的导电性和不稳定的电化学反应，电致变色现象一直未能在这些材料中得到有效应用。近日，海南大学材料科学与工程学院王振副教授及其研究团队提出了一种基于非金属碘单质可逆电沉积的电致变色动态窗技术，相关成果以“Electrochromism via reversible electrodeposition of solid iodine”为题，发表在《Nature Communications》期刊上。海南大学材料科学与工程学院2020级硕士研究生李善林与2022级博士研究生陈莹玉为该论文的共同第一作者，海南大学材料科学与工程学院王振副教授、佛山大学陈永教授和中科院苏州纳米所赵志刚研究员为论文共同通讯作者，海南大学材料科学与工程学院为论文第一单位。

该研究采用含碘离子的盐包水电解液（29.5 m ZnCl₂ + 0.5 m ZnI₂），凭借其独特的电解液环境及其溶剂化结构，有效抑制了单质碘的溶解与穿梭效应，进而开辟了一条不同于传统电解液的反应路径。通过这一路径，成功实现了碘单质与溶剂化碘离子之间的可逆固-液相（I₂/I⁻）转化，从而实现了稳定且可逆的碘电沉积与溶解过程。基于碘单质电沉积的电致变色器件表现出了高达76.0%的优异光学调制率，并能够实现接近色中性的着色状态。此外，器件还具备自愈功能，其褪色态的透过率可通过静置恢复至初始水平，有效延长器件的使用寿命。

图1 基于碘单质可逆电沉积的电致变色器件性能展示

在大面积电致变色器件领域，实现均匀的电致变色调制一直是一个长期存在的挑战。为了解决这一问题，研究团队采用夹有电解液的FTO-FTO结构，开发了一种基于碘、锌双沉积的大面积电致变色器件。所制备的400 cm²的电致变色动态窗表现出优异的电致变色性能，包括高光学调制率、接近色中性的着色态、快速响应时间、均匀的调制效果以及极性可切换的功能。

图2 尺寸为400 cm²的电致变色器件在着色态和褪色状态下的光学图像

这一研究为电致变色领域的进一步发展开辟了新的思路，展示了非金属单质在电致变色器件中的潜在应用价值，为未来相关技术的应用提供了重要参考。该项工作得到了国家自然科学基金（52102359，52172299，62305093，52462040）、海南省“南海新星”科技创新人才平台项目（NHXXRCXM202304）等的资金资助。

论文原文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-024-55348-x