中科院研究所染料敏化太阳能电池基础研究获进展

　　据科学网报道，中科院上海硅酸盐高性能陶瓷与超微结构国家重点实验室近期在染料敏化太阳能电池（DSSC）纳米结构光阳极方面取得了一系列新进展。由李效民研究员和高相东副研究员带领的研究团队研究出多种基于TiO2纳米管阵列的有序光阳极和基于气凝胶结构的新型复合光阳极材料。相关成果已经发表在先进材料杂志。

　　基于课题组在氧化物纳米结构研究的多年积累，采用超长ZnO纳米线阵列为模板，结合可精确调控纳米微结构的连续离子层吸附与反应（SILAR）技术，成功实现了TiO2纳米管阵列在FTO导电基底上的直接生长；采用独特的水热粗化技术，显著提高了纳米管阵列的表面粗糙度、结晶性和染料负载量。所得TiO2纳米管阵列光阳极的光电转换效率为5.74%，比无粗化纳米管阵列提高30%。在此基础上，课题组通过在ZnO纳米柱表面连续沉积多层TiO2、ZnO薄层，获得了同轴、多壁TiO2纳米管光阳极，并可精确调控管壁的层数（1-6层）及厚度（5-15 nm）；通过生长枝状ZnO并构建ZnO-TiO2核壳结构，制备出具有枝状结构的TiO2纳米管光阳极。

　　在气凝胶复合光阳极方面，课题组采用具有超低密度（0.03g/cm3）和超高比表面积（1177m2/g）的SiO2气凝胶为模板，制备出SiO2-TiO2复合气凝胶，再将其与传统的TiO2纳米颗粒光阳极复合，得到了气凝胶复合光阳极。与传统纳米颗粒光阳极相比，可显著增强光阳极对染料的负载量和对入射光的散射效果，所得DSSC的光电转换效率达到9.4%，比传统光阳极结构提高16%。

　　上述工作为开发新一代具有可控微结构及高光电转换效率的染料敏化太阳能电池提供了有益思路。该研究得到了国家自然科学基金项目的资助和支持。

　　福建物构所稀土掺杂无序结构晶体材料的光物理研究获新进展

　　稀土掺杂无序结构晶体是一类庞大的发光和激光材料体系，因其优良的光学性能在激光、绿色照明光源、平板显示、生物探针等领域具有广阔用途，但是关于替代无序分布阳离子格位的稀土离子在其中的确切位置对称性长期以来一直存在很大争议，主要原因是实验观测到的稀土离子表现出的光谱学位置对称性远低于单晶X射线衍射确定的结晶学位置对称性。由于稀土离子的发光与所替代的基质阳离子格位有密切的关系，稀土掺杂无序结构发光材料的发光强度取决于稀土离子周围的晶体场环境，因此利用稀土离子如Eu3+作为灵敏的结构探针研究其所处格位对称性的破缺机理，具有十分重要的意义。

　　在科技部863计划、国家自然科学基金、中科院“百人计划”和科研装备研制等项目的支持下，福建物构所中科院光电材料化学与物理重点实验室陈学元研究小组以稀土离子Eu3+为结构探针，通过低温高分辨荧光光谱揭示了在稀土掺杂阳离子无序分布结构的晶体中普遍存在的结晶学位置对称性破缺现象。以Eu3+掺杂立方相和六方相NaYF4为例，证实了Eu3+的光谱学位置对称性在立方相NaYF4中由结晶学位置点群Oh降低为Cs（或C2），而在六方相NaYF4中则由结晶学位置点群C3h降低为Cs，并进一步通过晶体场能级拟合对这种结晶学位置对称性破缺的现象进行了证实。进一步地揭示了稀土掺杂无序晶体材料体系具有普适的结晶学位置对称性破缺现象，从而解决长期困扰该领域的一个争议，为此类材料发光性能优化奠定理论和实验基础。相关研究成果发表在《德国应用化学》上（Angew. Chem. Int. Ed.， DOI:10.1002/anie.201208218）。

　　此前，该小组在稀土掺杂发光材料的可控合成、光谱学及生物医学应用方面取得了一系列研究进展，如利用稀土掺杂NaYF4和KGdF4纳米荧光探针，结合时间分辨检测技术，实现对亲和素蛋白的均相TR-FRET检测（Angew. Chem. Int. Ed.， 2011， 50， 6306; J. Am. Chem. Soc.， 2012， 134， 1323）；合成具有良好生物相容性的超小ZrO2:Tb纳米晶并用于亲和素蛋白的灵敏检测及人体肺腺癌细胞的靶向生物成像（J. Am. Chem. Soc.， 2012， 134， 15083）。另外，该小组近期应邀在Nanoscale发表关于稀土掺杂纳米荧光探针的Feature Article，并被选为封面文章（Nanoscale， DOI： 10.1039/C2NR33239F）。