1961年美国科学家J. R. Plant首次提出电致变色（Electrochromism）概念，随后前苏联科学家于1963年申请电致变色材料氧化铌（NbO）的相关专利，直到1969年美国科学家S. K. Deb才首次公开阐述了氧化钨（WO3）的电致变色现象及其变色机理[5]。上世纪70年代便出现了大量关于电致变色的报道，而此时的电致变色的应用局限于显示器领域，当液晶显示器出现后，电致变色不再成为大家关注的热点。直到二十世纪八十年代开始，有机变色材料的兴起，使电致变色重获新生，再次成为大家关注的焦点。其间美国科学家C. M. Lampert 提出电致变色智能窗（Smart Windows）概念[6]，并引起了大家的关注，也为后期电致变色的发展做出了重要的贡献。随后电致变色在汽车、航空航天等领域得到了广泛应用。
V2O5作为一种过渡金属氧化物，具有多彩色电致变色特征，并且既可作为阳极变色材料和又可作为阴极变色材料。此外，五氧化二钒因价态多变且不同价态显示不同的颜色而被认为是最有前途的电致变色材料。在过去几十年中，许多科学家致力于V2O5的研究，并且其在二次锂离子电池、钠离子电池、电化学超级电容器、化学传感器、太阳能电池窗口、电致变色显示器等领域得到广泛应用[3]。但是因其不良的电子导电性、较差的循环稳定性和较低的颜色对比度而极大地限制了其在电致变色中的应用[4]。
1、V2O5薄膜电极的制备研究进展
（1）溶胶-凝胶法
溶胶 - 凝胶法是以粉末 V2O5 为原料，与 H2O2 搅拌混合制备 V2O5 溶胶，再配制成不同浓度的溶胶，将其铺展在预处理后的基底上，自然风干后经高温煅烧得到 V2O5 薄膜电极。该方法制备的薄膜微观形貌特殊，可以提高锂离子电池的比容量，但存在薄膜的厚度和纯度难以稳定控制，多孔性较差，与基底之间的结合力较小，长期工作下薄膜易脱落等问题。Ph. Yu. Gorobtsova等人[7]研究了以烷氧乙酰丙酮钒为前驱体旋涂形成的V2O5薄膜的微观结构特征、相组成和电致变色性能。该材料表现出阳极电致变色；它在氧化时会变色，颜色从淡蓝色变为透明度低得多的橙黄色。Talita M. Westphal等[8]采用溶胶-凝胶法与浸涂技术相结合的方法制备了新型铌掺杂五氧化二钒 (V2O5:Nb2O5) 薄膜。结合能量色散光谱 (EDS) 和 X 射线衍射 (XRD) 对 Nb 插层 V2O5 沉积物进行了表征，证明了合成结构化铌插层钒氧化物的可能性。得到的电致变色薄膜表现出了更好的电化学稳定性以及有色值与漂白值之间的透射率差异。
（2）电化学沉积法
电化学沉积法是一种将五氧化二钒的前驱体溶解在适当的溶剂中，并加入支持电解质等添加剂，配置成电化学沉积所需要的电解液。再以导电基底作为工作电极，再恒电位或恒电流模式下，使电解液中的五氧化二钒离子再基底表面发生还原反应，沉积形成五氧化二钒薄膜。Aiping Jin等[9]采用阴极电沉积法在氧化铟锡基底上制备了 Mo 掺杂的 V2O5 溶胶掺杂的五氧化二钒 (Mo 掺杂的 V2O5) 薄膜。作为阳极和阴极着色电致变色材料，电沉积的 Mo 掺杂的 V2O5 薄膜具有更好的循环稳定性、可逆性和多电致变色行为 (橙-黄-绿-蓝)，在 550–900 nm 光谱范围内的光学调制率为 60–90%，这可能是由于 Mo6+ 与 V5+、V4+ 状态之间以及 V5+ 和 V4+ 跃迁之间的电子间隔转移增强所致。Yoon-Tae Park等ite>设计了一种嵌入银纳米线 (AgNW) 的 WO3 复合结构来提高电致变色性能，采用电沉积法制备了嵌入 AgNW 的 WO3 电致变色薄膜。电致变色研究表明，将 AgNW 嵌入 WO3 对电致变色性能有显著影响。由于存在具有高电导率和表面粗糙度的渗透 AgNW 网络，AgNW 嵌入的 WO3 薄膜表现出比单层 WO3 薄膜更快的锂离子嵌入/脱嵌动力学（着色时间为 12 秒，漂白时间为 2 秒）和更高的着色效率（45.3 cm2 /C），且循环稳定性更好。
（3）磁控溅射法
磁控溅射法是一种在真空环境下，通入一定流量的氩气和氧气作为工作气体，调节溅射功率、工作气压等参数，使氩气离子轰击靶材，溅射出的五氧化二钒粒子沉积在基底表面形成薄膜。Kholida Tul Khairy等人[11]使用反应磁控溅射系统地制备了具有各种氧气流量比 (Γ) 的 VO2 薄膜。研究结果揭示了磁控溅射过程中各种氧化条件下 VO2 的形成及其相关的结构、化学和电学特性。Zhu等人采用直流磁控溅射技术在320 °C下在钠钙玻璃上制备了二氧化钒(VO2)薄膜，研究了薄膜厚度对VO2薄膜微观结构、表面形貌和热致变色性能的影响。随着薄膜厚度的增加，金属–半导体相变变得更加明显。总体而言，厚度在 80–100 nm 范围内的薄膜表现出相对平衡的可见光透过率和太阳能开关效率组合。
2、V2O5薄膜电极的材料改性研究进展
（1）形貌调控
王等人[12]报告了一种光化学方法，用于获取具有增强EC性能的大孔非晶态五氧化二钒(a-V2O5)薄膜，用于多色透明EC设备。得到的a-V2O5薄膜在黄色和蓝色之间的响应时间确定为tc=21.2 s和tb=17.1 s，着色效率为 20.4 cm2/C。通过跟踪前体膜在紫外线照射下的成分和形貌演变，提出了一种气泡模板机制来阐明a-V2O5中大孔的形成。非晶相与大孔相结合赋予V2O5薄膜显着增强的多色EC性能，这可以归因于表面伪电容机制。与传统的扩散控制离子插入/提取电致变色相比，伪电容EC过程表现出更快的电化学动力学、更高的充电容量和对薄膜的结构破坏更少，从而导致增强的响应时间和循环稳定性。Maik R. J. Scherer等人[13]报告了通过电镀将空隙化双螺旋（DG）嵌段共聚物网络复制到V2O5中，并将其组装成高性能电致变色设备。他们使用37.9vol%的聚（4-氟苯乙烯-r-苯乙烯）-b-聚（d,l-丙交酯）（P(F)S-b-PLA），通过原子转移自由基聚合合成了含30mol%氟化单体的苯乙烯嵌段，然后通过有机催化开环聚合添加丙交酯。在导电的氟掺杂氧化锡(FTO)玻璃上制备了微米级的聚合物薄膜。在175 ℃下退火20分钟，使两种不混溶的共价结合聚合物链自组装成DG形态。随后，通过将薄膜浸入温和的碱性溶液中，选择性地去除PLA。该方法制备的DG器件在430 nm处具有最大调制幅度，漂白时间为(82.5±2.9)毫秒，着色时间为(86.7±2.3)毫秒，离子插入和提取的着色效率分别为−33.9和−35.8 m2 C−1。该研究表明，在10纳米长度尺度上制备3D周期性高度互连的螺旋结构中的V2O5可显著提高电致变色性能。
（2）金属离子掺杂
Guo等人[14]通过在主体V2O5材料中插入不同量的锂离子(Li+)，可以调节层状五氧化二钒 (V2O5) 薄膜的层间距，以及调节离子传输行为和电致变色性能。结果表明，少量离子插入的V2O5可提供稳定的离子传输过程和电致变色性能。增加插入的 Li+ 量将扩大层间距，从而提供丰富的活性位点和高效的离子传输通道，从而实现黄绿蓝橄榄绿橙色的可逆丰富颜色变化。然而，过量的离子插入会导致晶体结构崩溃和循环稳定性下降。Issam Mjejri等人[6]报告了一种简单易行的制备Mo掺杂V2O5厚膜的方法，从而提高了循环性能。通过沉淀中间前体：钼掺杂的乙二醇钒(Mo掺杂VEG)，从单一多元醇路线合成了钼掺杂的五氧化二钒粉末。与锂和钠基电解质中的单组分V2O5相比，合成的Mo掺杂V2O5在容量、循环稳定性和颜色对比度方面表现出更好的电致变色性能。其中，以Mo- V2O5（可逆地从橙色变为深绿色）作为电致变色层与WO3.2H2O（可逆地从蓝色变为黄白色）作为离子储存层组装成器件，还原时颜色切换时间约为8秒（绿色/白色），氧化时颜色切换时间约为5秒（橙色/蓝色）。
（3）导电材料复合
Mei等人[15]采用电泳沉积(EPD)技术制备了一种稳定高效的复合电致变色材料——五氧化二钒与聚环氧乙烷(V₂O₅-PEO)。在电泳吸附过程中，PEO组分可以调整V₂O₅的层间距，从而实现快速离子交换，提高整体电导率并加速电解质渗透。使用V₂O₅-PEO作为活性电致变色层组装了电致变色装置(ECD)。该装置展示了多色性能，可观察到黄色、黄绿色、绿色、蓝绿色、橙色和各种中间色调之间的转变。由于薄膜层间距适度增加，离子的迁移能力增强，同时PEO的导电性和离子交换能力达到平衡，V₂O₅-0.5PEO器件表现出优异的电致变色性能，包括响应时间快（796 nm处显色3 s，褪色1.5 s）、光学对比度高（796nm处ΔT=40 %）、着色效率高（CE=38.3 cm2/C）。
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