太阳能电池与MOF的"心有灵犀"
前言：太阳能是一种有前景的替代能源，可取代传统的化石燃料。燃料敏化太阳电池是第三代太阳能电池技术，其特点是潜在的低生产成本、环保技术和高转换效率。
在DSSCs中，染料色团的主要任务是吸收光以产生电子，并在飞秒-纳秒时间尺度上将电子转移到敏化的半导体基底上，或通过辐射弛豫或内部转换耗散。
对于敏化染料的结构-性能关系取决于一系列特性，例如锚定基团和荧光寿命。燃料的聚集和扭转运动会降低测量电池的效率。将染料封装进多孔材料中可以减少染料的聚集和扭转运动。
金属-有机框架是自组装的多孔材料，具有多种潜在应用，包括DSSCs。无论是Lavoisier-125材料研究所还是沸石酸咪唑酸酯框架，都显示出比其他报道的MOFs更出色的开路电压和电子寿命增强效果。
ZIF-8显示出良好的电化学性能，并提高了电池的光电流响应，归因于减少复合电荷损失。ZIF-8在DSSC的发展中显示出巨大潜力。
将染料封装到MOFs中是改善封装染料的光物理性质的有希望的方法，并表现出宽带白光发射、快速响应、高光稳定性和可调节的灵敏度。
将染料封装到MOF中可以防止染料分子因聚集而猝灭，增加能量转移到染料的效率。可以使用ZIF-8的合成程序进行染料的原位装载。
使用X射线衍射、透射电子显微镜、高角度环形暗场、电子能损失谱、扫描电子显微镜、氮气吸附-脱附等温线、荧光光谱和发射寿命测量等对材料进行了表征。
通过改进的三乙胺辅助方法，使用闪烁瓶合成了ZIF-8和染料@ZIF-8 。染料在水中不溶，因此先溶解在甲醇中。
将三乙胺或7 mmol）加入到硝酸锌的溶液中。然后加入染料的溶液，随后加入8 ml Hmim 溶液。通过去离子水补足反应体积至17 ml。
无染料的传统微孔ZIF-8是合成的。将15 mg的微孔ZIF-8浸泡在染料溶液中，浸泡12小时后去除染料溶液，并用水和乙醇洗涤。
电化学阻抗谱、DSSCs参数评估 和时间相关单光子计数 (TCSPC) 实验所用的染料@ZIF-8包覆二氧化钛电极的制备和表征所用的仪器等在电子补充材料中有详细描述。
太阳能电池中使用的燃料通过一锅法封装到ZIF-8中。反应混合物中存在的甲醇比仅使用水时增加了ZIF-8晶体的生长速率。
X射线衍射图谱证实了纯ZIF-8相的形成。红外光谱显示在420 cm−1处出现峰，对应于Zn—N键。光谱显示自由染料的振动和旋转模式由于封装而显著受抑。
通过使用红外光谱可以说明封装和吸附染料之间的区别。传统的微孔ZIF-8具有较小的孔径，比染料大，因此染料不能通过吸附定位到孔内。
在吸附的染料中，L1染料羧基的O-H带较宽，而在封装的染料中带较窄。吸附的染料显示在1840 cm−1处有一个与氰基C≡N对应的带，而在封装的染料中该带非常弱。
制备的材料的透射电子显微镜图像显示ZIF-8晶体的大小在20到100 nm范围内，并随着染料大小的增加而减小。
较大的染料如L1Fc2可能会改善形成的ZnO纳米晶体的分散性，并增加其核化速率，超过ZIF-8晶体的生长速率，导致ZIF-8颗粒变小。
L1Fc2@ZIF-8中形成了颗粒间介孔结构。扫描电子显微镜图像显示L1、L1Fc和L1Fc2的染料@ZIF-8颗粒大小在20到100 nm范围内，与透射电子显微镜图像相符。
染料的自由态和封装态在激发和发射光谱方面显示出类似的特征。固态自由染料L1、L1Fc和L1Fc2的激发和发射信号比封装态的染料噪声要大得多，这是由于聚集和ferrocene基团引起的。
使用时间相关单光子计数对封装燃料的发射寿命进行了测量。所有固态粉末的发射强度随时间变化都呈现出多指数组分，这是固相中存在的异质性导致的。
所有染料固态形式的平均寿命都比相应的溶液中染料的寿命短，这是由于这些染料中存在的聚集和扭转运动。
当这些染料被封装在ZIF-8中时，相应的发射寿命增加如下：L1，L1@ZIF-8，L1Fc@ZIF-8和L1Fc2@ZIF-8。对于L1Fc和L1Fc2的固态粉末，寿命较短，小于激光脉冲宽度，无法测量。
对于I-基系统，标准TiO2基DSSC的典型VOC值已知在700到800 mV之间。加载了L1@ZIF-8的工作电极显示出较低的VOC。
结论
成功实现了三乙胺辅助合成分层多孔的ZIF-8，并通过一步法将太阳能电池燃料封装其中。合成材料的孔结构是可调控的，取决于封装的染料分子大小。
封装的染料显示出比相应的非封装染料更长的发射寿命，它们往往具有较低的染料敏化太阳能电池效率。将太阳能电池染料封装进金属有机骨架材料可能为提高燃料敏化太阳能电池的效率打开更多探索的可能性。
