ZnO@ZIF-8反蛋白石结构提高光电转换率

ZnO作为光阳极半导体材料，具有制备容易、成本低廉、来源广泛和电子迁移率高等优点。因此，选择ZnO IO结构作为光阳极，可以解决传统ZnO纳米颗粒的比表面积低，光捕获能力差，电荷复合严重以及表面缺陷多的问题。近年来，由于ZIF-8具有较大的比表面积和规则的孔结构，被广泛用于制备复合材料。具有3D有序大孔的Pt@ZIF-8/SiO2复合材料，其中ZIF-8壳层能够提供高孔隙率并保护Pt NP避免聚集。因此，ZIF-8不仅可以提高薄膜的比表面积，而且可以改善薄膜的表面缺陷以抑制载流子复合。

ZnO@ZIF-8反蛋白石结构的光阳极， 基于ZnO@ZIF-8IO光阳极的QDSSCs的光电转换效率达到1.75%，相比基于ZnOIO光阳极的QDSSCs提高了2倍。

图1. ZnO@ZIF-8 IO光阳极的结构示意图

1.将反蛋白结构引入到光阳极的结构设计中

采用自组装模板法在FTO上制备了PS模板，将ZnO前驱体溶液填充到模板的孔隙当中，通过退火的方法去除PS模板，得到具有反蛋白石结构的ZnO光阳极。

图2 .PS蛋白石的（a）平面和（b）横截面SEM图像；（c）ZnO IO（d）ZnO@ZIF-8 IO（e）ZnO@ZIF-8 IO-CdS/CdSe的SEM图像

2.通过化学浴沉积法将ZIF-8包覆在ZnO表面

通过XRD和Raman的联合验证了ZIF-8成功包覆在了ZnO表面。并通过EIS测试可知，ZnO@ZIF-8 IO的电池的电荷复合阻抗较基于ZnO IO的电池的电荷复合阻抗大，说明基于ZnO@ZIF-8 IO的电池在ZnO@ZIF-8 IO/ZIF-8/量子点/电解液界面处的电荷复合几率更小，ZIF-8对ZnO表面缺陷的钝化作用阻挡了ZnO电子传输层和电解质的直接接触，减少了电荷复合，使光生电子更有效的分离。

图3. （a）X射线衍射图谱和（b）激光拉曼光谱

图4.基于ZnOIO-CdS/CdSe和ZnO@ZIF-8 IO-CdS/CdSe光阳极的QDSSC的（a）Nyquist和（b）Bode曲线；其中（a）中插图为Nyquist曲线的等效电路图

3.ZIF-8复合ZnO后，光电转换效率较ZnO IO提高了2倍

在一个标准太阳光（AM 1.5，100 mW/cm2）的照射下，基于ZnO@ZIF-8IO光阳极的QDSSCs的光电转换效率达到1.75%，相比基于ZnOIO光阳极的QDSSCs提高了2倍。

图5. 基于CdS/CdSe量子点敏化的ZnO IO和ZnO@ZIF-8 IO光阳极的（a）J-V曲线和（b）各项平均性能参数

ZnO@ZIF-8反蛋白石结构的光阳极，由于其具有连续且周期性排列的大孔结构，提高了量子点的负载量，从而显著提高光吸收效率，实现高Jsc。通过采用ZIF-8修饰ZnO IO，可以适当提高量子点的负载量、有效降低半导体的平带电位、增大电荷复合阻抗，从而减小了载流子的复合几率，在不影响薄膜光吸收和电荷传输的前提下，使电池的光电性能得以提高。

反蛋白石结构温度感应材料

反蛋白石结构碳质材料

黑色Ti O2介孔纳米圆球和反蛋白石结构

黑色Ti O2反蛋白石结构

还原氧化石墨烯(rGO)复合的三维反蛋白石材料(IO-SnO2/rGO)

ZnO量子点与TiO2反蛋白石复合结构

多孔有序的Ni掺杂的TiOz反蛋白石光子晶体

Co离子掺杂的 GO-TiO2反蛋白石光子晶体

具有自修复功能的反蛋白石光子晶体水凝胶

反蛋白石结构碳基体

稀土离子掺杂磷酸盐反蛋白石光子晶体

稀土掺杂的Bi2WO6纳米粉和Ba TiO3反蛋白石光子晶体

三维反蛋白石Sn02和Sn02/rGO复合微球

氧化锌反蛋白石大孔结构的框架表面修饰Ag_2S纳米粒子(NPs）

离子液体掺杂聚苯胺 (IL-PANI)的反蛋白石膜

二氧化钛掺杂钐的反蛋白石结构光子晶体

反蛋白石结构氧化铈碳复合材料

SnO2/GeO2反蛋白纳米复合物

反蛋白石结构MnO2材料

大孔形态反蛋白石（IO）结构的GeO2

反蛋白石结构的g-C3N4

多级孔碳掺杂反蛋白石结构Co3O4

聚甲基丙烯酸酯凝胶(GelMA)反蛋白石光子晶体骨架

Ti3C2量子点修饰缺陷反蛋白石g-C3N4（TC/CN）

金属有机反蛋白石结构光子晶体

丝素蛋白反蛋白石材料

一种聚苯胺反蛋白石/纳米纤维毡复合膜

反蛋白石结构光催化剪裁石墨烯

反蛋白石结构光子晶体塑料薄膜

乙氧基化三羟甲基丙烷三丙烯酸酯复合蛋白石结构光子晶体材料

zzj 2021.3.30