Hydrated Ionic Polymer with Optimized Halogen Ligand for Thermochromic Smart Windows: Enhanced Luminous Transmittance and Solar Modulation

透射率 材料科学 热致变色 光电子学 离子键合 吸收(声学) 化学物理 光学 光化学 离子 化学 复合材料 有机化学 物理
作者
Huaiyuan Wang,B.J. Zhang,Jie Wang,Yanwu Lü,Qi Tao,Xuefeng Tian,Meiqi Wang,Zhibin Qu,Wei Zhou,Fei Sun,Jihui Gao,Guangbo Zhao
出处
期刊:Small [Wiley]
标识
DOI:10.1002/smll.202504399
摘要

Thermochromic smart windows dynamically adjust solar transmittance with temperature changes, offering a promising solution for energy-efficient buildings. Transition metal complexes are widely studied for their optical tunability and cost-effectiveness. However, the tetrahedral coordination configuration, typically a high-temperature absorber, has absorption peaks in the 500-700 nm range, reducing luminous transmittance and limiting applications requiring high optical clarity. This study proposes a hydrated ionic polymer ([(C2H5)2NH2]2NiCl4-xBrx@PVP) that achieves thermochromism via hydration-driven coordination transitions. Both experimental and ab initio calculations confirm that substituting Cl- with Br- weakens the ligand field strength, causing a red shift in the absorption peak. As a result, the luminous transmittance (380-780 nm) in the hot state increases to 46.0%, while solar modulation (300-2500nm) remains high at 36.3%. Molecular dynamics simulations further reveal that Br- alters hydrogen bonding, influencing hydration and dehydration processes. Experiments show that under ≈1000 W m-2 irradiance, the film has solar transmittance comparable to standard glass at low temperatures, and darkens within 20-40 min, reducing transmitted irradiance to 550 W m-2. Simulations indicate it could reduce annual energy consumption by ≈20 kWh m-2 and raise indoor comfort probability from 52% to 69%. Overall, this study provides a new pathway for developing high-performance thermochromic materials for energy-efficient buildings.
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