【摘 要】
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染料敏化太阳能电池(DSCs)由于制造简单、成本较低廉、转换效率高而被广泛关注.然而,当前普遍使用的贵金属铂电极由于其低丰度和高成本,限制了DSCs 的规模化应用,目前亟
【机 构】
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华东理工大学计算化学中心,工业催化研究所,上海市梅陇路130号,200237
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染料敏化太阳能电池(DSCs)由于制造简单、成本较低廉、转换效率高而被广泛关注.然而,当前普遍使用的贵金属铂电极由于其低丰度和高成本,限制了DSCs 的规模化应用,目前亟需开发低成本、高活性的非铂替代材料.针对一类丰富的半导体氧化物(如In2O3 等)材料改性,基于DFT 理论计算,我们研究了N 间隙掺杂In2O3 电极对碘还原反应的催化活性,旨在探索N 掺杂对惰性金属氧化物催化活性的影响,并预测潜在的活性对电极材料.通过大量的结构优化和筛选,我们得到了N 间隙掺杂稳定构型(如图1a)；掺杂前后碘原子I 的吸附能(EadI)从-0.54eV 明显增加到0.45eV,进入了我们之前提出的活性窗口(0.33 eV＜ EadI ＜1.20eV)[1]；进一步的反应动力学分析证实其反应活性与Pt 电极相当(如图1b).差分电荷密度分析表明N 间隙掺杂形成的NO2δ-物种会引起电荷重排(表面In 原子电子密度增大),导致吸附能明显提高,从而增强In2O3 催化活性.进一步地,实验结果证实了上述理论预测,间隙N 掺杂确实可以改善In2O3 在DSCs 的内在活性(η=7.78％)(如图1e).除此之外,我们也从理论上揭示间隙位N 掺杂作为一种有效的改性手段也可以适用于SnO2 等其他半导体氧化物.
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