刘升卫：MOFs有望被应用于构筑高效的光电极表面透明钝化层

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在太阳能电池与光电化学池等光电系统中，纳米光电极由于较大的比表面积，较好的太阳光的捕集效率，以及较高的电荷传输效率等结构优势被广泛应用。由于表界面对光电物理化学过程的巨大影响，表界面工程是设计构筑高效纳米光电极的重要技术手段之一。特别地，在光电化学系统中，表面钝化层的构筑对减少表面电荷复合，增强界面电荷传输效率和光电转化效率，减少光电极光腐蚀和化学腐蚀，延长光电系统服役周期具有重要的贡献。目前表面钝化层材料主要是高介电常数金属氧化物，如TiO2、Al2O3等，构筑表面钝化层的方法主要有原子层沉积（ALD）、电化学沉积等，挖掘新型高效表面钝化层材料，发展新的表面钝化层构筑方法，具有重要的研究意义。

近日，中山大学刘升卫教授团队与哈尔滨工业大学宋波教授团队合作研究发现，多孔金属有机框架（MOFs）薄膜材料有望被应用于构筑高效的光电极表面透明钝化层。如图1所示，以沸石咪唑酯骨架结构材料ZIF-8为例，研究者通过原位界面反应方法，成功在泡沫镍（NF）支撑氧化锌（ZnO）纳米棒阵列表面原位生长ZIF-8表面层，并通过浸渍吸附-原位反应法引入Ni(OH)2纳米片作为助催化剂，构筑了高效Ni(OH)2/ZIF-8/ZnO/NF复合光电极。

基于上述Ni(OH)2/ZIF-8/ ZnO/ NF复合光电极的光电化学分解水产氧性能的对比分析，研究者发现，与ZnO/NF光电极相比，表面钝化的ZIF-8/ZnO/NF光电极的光电流密度提高57.6%，充分证实了ZIF-8作为钝化层的重要贡献。同时ZIF-8钝化层与Ni(OH)2纳米片助催化剂对光电极光电化学性能具有良好的协同促进效果。与ZnO/NF光电极相比，Ni(OH)2纳米片助催化剂修饰的Ni(OH)2/ZnO/NF光电极的光电流密度提高40.2%，而Ni(OH)2/ZIF-8/ZnO/NF复合光电极的光电流密度提高了将近2倍。并且，相比较而言，Ni(OH)2/ZIF-8/ZnO/NF复合光电极的服役稳定性明显改善。

ZIF-8作为一个典型的多孔MOFs材料有诸多优点，如在紫外可见光区域透明不损失光电极采光性能，多孔网络有利于光电反应过程的吸附传质性质等。研究者基于深入系统的对比分析认为（图2），ZIF-8钝化层的引入，有效减少表面缺陷态密度，降低表面电荷复合几率，降低界面传荷电阻，促进界面电荷转移效率，对提高光电化学转化效率有重要贡献。