Abstract Zn‐based batteries are safe, low cost, and environmentally friendly, as well as delivering the highest energy density of all aqueous battery systems. However, the application of Zn‐based batteries is being seriously hindered by the uneven electrostripping/electroplating of Zn on the anodes, which always leads to enlarged polarization (capacity fading) or even cell shorting (low cycling stability). How a porous nano‐CaCO 3 coating can guide uniform and position‐selected Zn stripping/plating on the nano‐CaCO 3 ‐layer/Zn foil interfaces is reported here. This Zn‐deposition‐guiding ability is mainly ascribed to the porous nature of the nano‐CaCO 3 ‐layer, since similar functionality (even though relatively inferior) is also found in Zn foils coated with porous acetylene black or nano‐SiO 2 layers. Furthermore, the potential application of this strategy is demonstrated in Zn|ZnSO 4 +MnSO 4 |CNT/MnO 2 rechargeable aqueous batteries. Compared with the ones with bare Zn anodes, the battery with a nano‐CaCO 3 ‐coated Zn anode delivers a 42.7% higher discharge capacity (177 vs 124 mAh g −1 at 1 A g −1 ) after 1000 cycles.

Metal-to-insulator transition (MIT) behaviors accompanied by a rapid reversible phase transition in vanadium dioxide (VO2) have gained substantial attention for investigations into various potential applications and obtaining good materials to study strongly correlated electronic behaviors in transition metal oxides (TMOs). Although its phase-transition mechanism is still controversial, during the past few decades, people have made great efforts in understanding the MIT mechanism, which could also benefit the investigation of MIT modulation. This review summarizes the recent progress in the phase-transition mechanism and modulation of VO2 materials. A representative understanding on the phase-transition mechanism, such as the lattice distortion and electron correlations, are discussed. Based on the research of the phase-transition mechanism, modulation methods, such as element doping, electric field (current and gating), and tensile/compression strain, as well as employing lasers, are summarized for comparison. Finally, discussions on future trends and perspectives are also provided. This review gives a comprehensive understanding of the mechanism of MIT behaviors and the phase-transition modulations. Smart coatings that alter their electrical properties on demand can be created from shape-shifting vanadium dioxide (VO2) crystals. Xun Cao from Shanghai Institute of Ceramics, Chinese Academy of Sciences in Shanghai and co-workers review efforts to understand the mechanisms that enable VO2 to rapidly switch between two crystal states — one with metallic conductivity, the other insulating—at near-room temperature conditions. Theoretical calculations and nanoscale experiments reveal that VO2 transitions are triggered by a combination of interactions between electrons and atoms in the crystal lattice, and through forces that cause electrons to avoid each other. Several innovative methods of manipulating the VO2 switching temperature have emerged including foreign element additions, laser irradiation, and controlled substrate bending. The sensitivity of VO2 transitions to mechanical stress has inspired proposals for ultrafast response breath sensors and artificial skin. In this article, we review the prototypical phase-transition material-VO2, which undergoes structure and conductivity changes simultaneously. The recent progresses in the transition mechanism are also discussed. Besides, this work gives a comprehensive understanding of the phase-transition modulations, such as element doping, electric field (current and gating) and tensile/compression strain, as well as employing laser.

Vanadium dioxide is a key material for thermochromic smart windows that can respond to environmental temperature and modulate near infrared irradiation by changing from a transparent state at low temperature to a more reflective state at high temperature, while maintaining visible transmittance. VO2 thermochromism is commonly used in films on glass that function as smart windows. Flexible VO2 nanocomposite foils are able to combine the intrinsic properties of VO2 nanoparticles with the added functionalities contributed by nanoscale and interface effects, such as increased visible transparency and infrared modulation ability. These foils are promising for applications in construction and automotive glasses to increase energy efficiency. However, VO2 nanoparticles may be unstable, and they are difficult to prepare in stable dispersive suspensions. In this paper, we report a novel all-solution process that can be used to prepare transparent, stable and flexible VO2-based composite films. These films exhibit UV-shielding properties and an excellent temperature-responsive thermochromism in the near infrared region. A typical film has a solar modulation efficiency of 13.6%, which is the highest value for VO2 thermochromic films with comparable visible transmittance. Coating the VO2 nanoparticles with a thin SiO2 shell significantly improved their anti-oxidation and anti-acid abilities. This result represents an important breakthrough in VO2 thermochromism, and it may have applications for near infrared modulation of glass used in construction or cars.

The ability to achieve energy saving in architectures and optimal solar energy utilisation affects the sustainable development of the human race. Traditional smart windows and solar cells cannot be combined into one device for energy saving and electricity generation. A VO2 film can respond to the environmental temperature to intelligently regulate infrared transmittance while maintaining visible transparency, and can be applied as a thermochromic smart window. Herein, we report for the first time a novel VO2-based smart window that partially utilises light scattering to solar cells around the glass panel for electricity generation. This smart window combines energy-saving and generation in one device, and offers potential to intelligently regulate and utilise solar radiation in an efficient manner.

This paper describes a solution-phase synthesis of high-quality vanadium dioxide thermochromic thin films. The films obtained showed excellent visible transparency and a large change in transmittance at near-infrared (NIR) wavelengths before and after the metal-insulator phase transition (MIPT). For a 59 nm thick single-layer VO(2) thin film, the integral values of visible transmittance (T(int)) for metallic (M) and semiconductive (S) states were 54.1% and 49.1%, respectively, while the NIR switching efficiencies (DeltaT) were as high as 50% at 2000 nm. Thinner films can provide much higher transmittance of visible light, but they suffer from an attenuation of the switching efficiency in the near-infrared region. By varying the film thickness, ultrahigh T(int) values of 75.2% and 75.7% for the M and S states, respectively, were obtained, while the DeltaT at 2000 nm remained high. These results represent the best data for VO(2) to date. Thicker films in an optimized range can give enhanced NIR switching efficiencies and excellent NIR blocking abilities; in a particularly impressive experiment, one film provided near-zero NIR transmittance in the switched state. The thickness-dependent performance suggests that VO(2) will be of great use in the objective-specific applications. The reflectance and emissivity at the wavelength range of 2.5-25 microm before and after the MIPT were dependent on the film thickness; large contrasts were observed for relatively thick films. This work also showed that the MIPT temperature can be reduced simply by selecting the annealing temperature that induces local nonstoichiometry; a MIPT temperature as low as 42.7 degrees C was obtained by annealing the film at 440 degrees C. These properties (the high visible transmittance, the large change in infrared transmittance, and the near room-temperature MIPT) suggest that the current method is a landmark in the development of this interesting material toward applications in energy-saving smart windows.

A simulation of the optical properties of nanocomposite coatings derived from VO2 nanoparticles (NPs) shows that the nanocomposite coatings have advantages over pure VO2 thin films in their solar energy modification ability (ΔTsol) and luminous transmittance (Tlum). These nanocoatings rely on fine quality VO2 NPs; methods to prepare NPs for this purpose are yet to be developed. By studying the formation mechanism of VO2 NPs, the NP preparation process was optimized, and fine crystal quality VO2 NPs with diameters from 25–45 nm were synthesized. The highest latent heat of these VO2 NPs is 43 J g−1, which is considerably higher than the 25 J g−1 reported previously and close to the 51 J g−1 of bulk VO2, which indicates that these VO2 NPs are highly crystalline. These NPs showed an asymmetrical phase transition and increased insulator–metal transition (IMT) temperatures. According to our results, the size of particles is not the only reason that should be responsible for the increased IMT temperatures. The high-quality NPs were dispersed in polyurethane (PU) and coated on polyethylene terephthalate (PET). The relationship between the solar energy modification ability (ΔTsol) and the luminous transmittance (Tlum) was studied by experiments and simulation. Although the best experimental values of ΔTsol = 22.3% and Tlum = 45.6% are still lower than the simulation results of ΔTsol = 23.7% and Tlum = 32.4%, these values represent the best for reported VO2 smart films or coatings.

A type of functionalized nanoparticles filled transparent wood composite for heat-shielding-window applications.

Abstract With revolutionary electric vehicles and the smart grid fast developing, more advanced energy storage technologies become quite crucial issues. Li‐ion batteries (LIBs) and Na‐ion batteries (NIBs) are considered as the most promising electrochemical energy storage technologies. Low‐dimensional nano‐structural electrode materials can greatly increase the specific capacity, but they still suffer from poor cycling and rate performances due to their serious self‐aggregations. Constructing 3D structures, such as micro/nano‐structures and free‐standing electrodes, is a quite promising method to address the above issues. Such 3D structures can simultaneously avoid the disadvantages of low‐dimensional nanomaterials, and preserve their advantages. As one group of promising high‐capacity and low‐cost electrode materials, vanadium‐based oxides have exhibited an quite attractive electrochemical performance for energy storage applications in many novel works. However, their systematic reviews are quite limited, which is disadvantageous to their further development. Herein, this article provides an overview of vanadium‐based oxides in the applications of LIBs and NIBs by focusing mainly on the aspect from low‐dimensional nanomaterials synthesis to 3D micro/nano‐structures and free‐standing electrodes fabrication. Moreover, a feasible strategy to controllably fabricate the 3D micro/nano‐structure for the whole vanadium‐based oxides family is presented. Furthermore, and importantly, a quite promising solution method for the practical commercialized applications of vanadium oxides cathode materials in the future is proposed, i.e., fabricating the “vanadium oxides‐based cathode/solid electrolyte/Li metal anode‐type” all solid‐state secondary‐ion batteries.

Vanadium dioxide (VO2) is a Mott phase transition compound that can be applied as a thermochromic smart material for energy saving and comfort and titanium dioxide (TiO2) is a well-known photocatalyst for self-cleaning coatings. In this paper, we report a VO2@TiO2 core-shell structure, in which the VO2 nanorod core exhibits a remarkable modulation ability for solar infrared light and the TiO2 anatase shell exhibits significant photocatalytic degradation of organic dye. In addition, the TiO2 overcoating not only increased the luminous transmittance of VO2 based on an antireflection effect, but also modified the intrinsic colour of VO2 films from yellow to light blue. The TiO2 also enhanced the chemical stability of VO2 against oxidation. This is the first report of such a single nanoparticle structure with both thermochromic and photocatalytic properties that offer significant potential for creating a multifunctional smart coating.