Theoretical analysis of electrochromism of Ni-deficient nickel oxide – from bulk to surfaces

电致变色 极化子 非阻塞I/O 双极化子 材料科学 镍 氧化镍 空位缺陷 凝聚态物理 化学物理 光化学 电子 化学 电极 物理化学 物理 冶金 催化作用 生物化学 量子力学
作者
Igor A. Pašti,Ana S. Dobrota,Д. Б. Мигас,Börje Johansson,Natalia V. Skorodumova
出处
期刊:Physical Chemistry Chemical Physics [Royal Society of Chemistry]
卷期号:25 (11): 7974-7985 被引量:9
标识
DOI:10.1039/d2cp05467a
摘要

The development of new electrochromic materials and devices, like smart windows, has an enormous impact on the energy efficiency of modern society. One of the crucial materials in this technology is nickel oxide. Ni-deficient NiO shows anodic electrochromism, whose mechanism is still under debate. We use DFT+U calculations to show that Ni vacancy generation results in the formation of hole polarons localized at the two oxygens next to the vacancy. In the case of NiO bulk, upon Li insertion or injection of an extra electron into Ni-deficient NiO, one hole gets filled, and the hole bipolaron is converted into a hole polaron well-localized at one O atom, resulting from the transition between oxidized (colored) to reduced (bleached) state. In the case of the Ni-deficient NiO(001) surface, the qualitatively same picture is obtained upon embedding Li, Na, and K into the Ni surface vacancy, reinforcing the conclusion that the electron injection, resulting in the filling of the hole states, is responsible for the modulation of the optical properties of NiO. Hence, our results suggest a new mechanism of Ni-deficient NiO electrochromism not related to the change of the Ni oxidation states, i.e., the Ni2+/Ni3+ transition, but based on the formation and annihilation of hole polarons in oxygen p-states.
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