8-羥基喹啉衍生物作為染料敏化太陽能電池的光陽極修飾劑

染料敏化太陽能電池的光陽極多以TiO₂等半導體材料為主，8-羥基喹啉衍生物常通過與金屬配位形成配合物來修飾光陽極，憑借其獨特的電子結構與配位特性，實現延緩電荷復合、拓寬光吸收范圍等效果，顯著優化電池光電轉換效率與穩定性，以下是具體的修飾作用及相關應用實例：

抑制電荷復合，提升電子傳輸效率

電荷復合是導致染料敏化太陽能電池光電效率下降的關鍵問題，8-羥基喹啉衍生物的金屬配合物可通過界面修飾阻擋電子反向遷移，減少復合損耗，例如8-羥基喹啉鋁（Alq₃）用于光陽極界面修飾時，暗電流曲線和交流阻抗測試證明其能有效延緩電池中的電荷復合。同時，這類衍生物與光陽極材料間可形成穩定的配位作用，規整界面電子傳輸通道，讓激發態電子更順暢地從染料注入TiO₂導帶。像三（8-羥基喹啉-5-羧酸）鐵復合到銳鈦礦型TiO₂（101）表面后，還能使TiO₂的HOMO、LUMO和費米能級整體升高，為電子傳輸構建更優的能級梯度，間接減少電荷復合概率。

拓寬光吸收范圍，增強光響應能力

純TiO₂光陽極僅對紫外光有響應，而8-羥基喹啉衍生物的金屬配合物自身在可見光區域有較強吸光能力，修飾后可彌補光陽極的吸光短板。一方面部分配合物能作為能量中繼染料，通過福斯特共振能量轉移（FRET）效應傳遞能量，如Alq₃與N3染料配合使用時，可將自身吸收的光能傳遞給N3染料，提升整體光響應并促進電子注入。另一方面，不同金屬配位的衍生物可調控吸光區間，如8-羥基喹啉-5-磺酸鐵（III）絡合物本身在可見光區有吸收特性，將其與TiO₂復合后，復合光陽極對可見光的利用率顯著提高，該特性也能助力適配的染料更好地吸收光能激發電子，還有D (-A-π-A)₂結構的8-羥基喹啉衍生物合鎘配合物（BDTT-VCd），其特殊結構可降低染料能隙，進一步拓寬光譜吸收范圍，強化光陽極的光捕獲能力。

提升電池穩定性，降低制備成本

8-羥基喹啉含N、O強配位原子，能與Cu、Zn、Cd等多種過渡金屬形成穩定配位鍵，這類穩定的配合物修飾光陽極后，可增強光陽極與染料間的結合牢度，減少光照、溫度變化等環境因素對光陽極結構的破壞，例如BDTT-VCd的熱分解溫度超280℃，用其修飾的光陽極能讓電池在復雜工況下保持穩定性能，解決純有機染料修飾穩定性差的問題。同時，這類衍生物可搭配銅、鎘等普通過渡金屬，替代成本高昂的釕類貴金屬配合物。如以8-羥基喹啉衍生物合Cu（II）配合物為輔助電子受體的聚合金屬配合物PIDT-QCu，以及系列D-π-A型8-羥基喹啉類鋅（II）或銅（II）配合物（Q1-Q10），不僅光電性能良好，還大幅降低了光陽極修飾相關的材料成本，其中Q10型號聚合銅（II）配合物修飾后，電池光電轉化效率可達3.78%。

優化光陽極表面結構，強化界面結合

8-羥基喹啉衍生物可通過結構設計與光陽極形成緊密作用，改善表面微觀狀態。比如部分衍生物通過羧基等錨定基團與 TiO₂（101）表面牢固結合，避免修飾層脫落，保障長期使用效果。此外，在聚合反應中，8-羥基喹啉衍生物可與咔唑、苯并二噻吩聯二噻吩等給體材料形成大共軛π結構的聚合金屬配合物，這類配合物修飾光陽極時，能通過共軛體系強化與染料分子的相互作用，讓電子在界面間的傳輸阻力進一步降低，間接提升電池整體光伏性能。

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