研究目的
研究铁掺杂对氧化钒薄膜增强电致变色开关性能的影响。
研究成果
1.0原子百分比的铁掺杂优化了V2O5薄膜的电致变色性能，由于导电性提升、锂离子扩散加快以及光学带隙变窄，实现了快速响应速度（漂白3.7秒，着色2.0秒）和高着色效率（47.3 cm2/C）。这使得铁掺杂V2O5成为电致变色器件的理想材料。
研究不足
该研究仅限于铁掺杂比例不超过1.5原子百分比，过量掺杂会导致Fe2O3相的形成从而降低性能。该方法为实验室规模，可能无法直接放大应用于工业生产。对于更高掺杂水平及其他掺杂剂仍需优化。
1：实验设计与方法选择：
本研究采用溶胶-凝胶旋涂法制备不同铁原子百分比（0.0、0.5、1.0和1.5 at%）的掺铁V2O5薄膜，旨在通过优化掺杂提升电致变色性能。理论分析手段包括：XRD用于结构分析，XPS用于化学键态研究，电化学测量用于性能评估。
2：0和5 at%）的掺铁V2O5薄膜，旨在通过优化掺杂提升电致变色性能。理论分析手段包括：
2. 样品与数据来源：样品制备于FTO玻璃基底，前驱体包含五氧化二钒(V2O5)、聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、过氧化氢(H2O2)及六水合三氯化铁。数据源自实验室采用指定设备的实测结果。
3：样品与数据来源：
3. 实验设备与材料清单：设备包括X射线衍射仪(XRD, Rigaku D/MAX2500V)、X射线光电子能谱仪(XPS, AXIS ultra延迟线探测器配Al Kα源)、场发射扫描电镜(FE-SEM, 日立S-4800)、霍尔效应测试系统(Ecopia HMS-3000)、紫外-可见分光光度计(UV-vis, 珀金埃尔默Lambda-35)及电化学工作站(PGSTAT302N/FRA32M, 梅特勒-托利多Autolab B.V.)。材料包含V2O5(Alfa Aesar)、PVP(Aldrich)、H2O2(Junsei)、六水合三氯化铁、FTO玻璃(Pilkington)及LiClO4电解液。
4：5)、聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、过氧化氢(H2O2)及六水合三氯化铁。数据源自实验室采用指定设备的实测结果。 实验设备与材料清单：
4. 实验流程与操作步骤：将V2O5和PVP溶于含H2O2的去离子水配制前驱液，按设定比例添加铁掺杂剂。以2000 rpm旋涂30秒成膜于FTO基底，500°C空气氛围退火1小时。表征手段涵盖XRD、XPS、FE-SEM、电导率测量、UV-vis光谱及三电极体系（铂对电极/银参比电极）电化学测试。
5：0)、霍尔效应测试系统(Ecopia HMS-3000)、紫外-可见分光光度计(UV-vis, 珀金埃尔默Lambda-35)及电化学工作站(PGSTAT302N/FRA32M, 梅特勒-托利多Autolab B.V.)。材料包含V2O5(Alfa Aesar)、PVP(Aldrich)、H2O2(Junsei)、六水合三氯化铁、FTO玻璃(Pilkington)及LiClO4电解液。 实验流程与操作步骤：
5. 数据分析方法：采用XRD峰位识别、XPS峰拟合、SEM图像分析、Tauc方程计算UV-vis数据光学带隙、Randles-Sevcik方程从循环伏安数据推导Li+扩散系数等技术。
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Field-emission scanning electron microscope
S-4800
Hitachi
Used for morphological characterization of the films.
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Ultraviolet-visible spectrophotometer
Lambda-35
Perkin-Elmer
Used for measuring optical properties and in-situ transmittance during EC performance tests.
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Potentiostat/galvanostat
PGSTAT302N with FRA32M
Metrohm Autolab B.V.
Used for electrochemical measurements and EC performance evaluation in a three-electrode cell.
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Polyvinylpyrrolidone
MW=1,300,000 g/mol
Aldrich
Used as an adhesion agent in the precursor solution.
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X-ray diffractometer
D/MAX2500V
Rigaku
Used for structural characterization of the films by analyzing XRD patterns.
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X-ray photoelectron spectrometer
AXIS ultra-delay line detector
KBSI
Used for analyzing chemical binding states of the films with an Al Kα X-ray source.
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Hall-effect measurement system
HMS-3000
Ecopia
Used for measuring electrical properties such as conductivity.
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Vanadium oxide
Alfa Aesar
Used as a vanadium precursor in the sol-gel method for film fabrication.
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Hydrogen peroxide
Junsei
Used in the precursor solution for film preparation.
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Iron(III) chloride hexahydrate
Used as the doping agent for Fe incorporation into V2O5 films.
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FTO glass
8.0 Ω/□
Pilkington
Used as substrates for spin-coating the films.
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LiClO4
Used as the electrolyte in electrochemical measurements.
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