综述：金属氧化物和碳质纳米复合材料作为染料敏化太阳能电池的无铂对电极研究

这篇综述系统总结了金属氧化物及其碳质纳米复合材料作为染料敏化太阳能电池(DSSC)无铂(Pt)对电极(CE)的最新研究进展。文章详细分析了各类金属氧化物(TaO2、α-Fe2O3、NiCo2O4等)和碳材料(石墨烯、碳纳米管等)的制备方法、结构特性与电催化性能，特别强调了复合材料通过协同效应实现的高效I3-/I-还原能力，为开发低成本、高效率的第三代太阳能电池提供了重要参考。

　　

染料敏化太阳能电池(DSSC)作为第三代光伏技术的代表，因其制备简单、成本低廉等优势备受关注。传统Pt对电极虽性能优异，但存在价格昂贵、易被I₃^-/I^-电解质腐蚀等问题。近年来，金属氧化物及其碳质纳米复合材料作为替代对电极展现出巨大潜力。

金属氧化物对电极的研究进展
过渡金属氧化物如TaO₂、α-Fe₂O₃等因其独特的电子结构和催化活性被广泛研究。其中NiCo₂O₄纳米花结构表现出8.48%的功率转换效率(PCE)，超越Pt电极(8.11%)。W₁₈O₄₉纳米纤维则通过丰富的氧空位提供了8.58%的效率。值得注意的是，晶体结构对性能影响显著，如T-NbO₂(7.88%)优于其他Nb₂O₅晶型。

碳基对电极的突破与局限
碳材料凭借高导电性和化学稳定性成为理想替代。三维石墨烯/碳纳米管(CNT)复合材料创下10.56%的效率记录，其电荷转移电阻(R_ct)仅0.32 Ωcm²。碳黑(CB)通过厚度优化实现9.1%效率，而生物质衍生多孔碳也展现出4.7-7.95%的性能。然而，纯碳材料普遍存在催化活性不足的问题。

金属氧化物/碳复合材料的协同效应
复合材料通过组分优势互补实现性能突破。ZnNb₂O₆/生物质碳(BPC)达到8.83%效率，DFT计算揭示其表面Nb/Zn原子的金属特性促进I-I键断裂。α-Fe₂O₃/还原氧化石墨烯(rGO)的R_ct从5.42降至3.81 Ωcm²，效率提升30%。Fe₂O₃/碳纳米纤维(CNF)复合材料更以7.48%效率超越Pt基准。

合成方法与性能调控
水热法因可控制备纳米结构成为主流，如NiCo₂O₄纳米花的形貌调控。退火温度显著影响结晶度，MoO₃在600°C获得最佳性能。薄膜厚度优化也至关重要，CB-SiO₂在8μm厚度时效率达7.99%。绿色合成法虽处探索阶段，但CuO植物提取物已实现3.4%效率。

未来展望
当前研究显示，合理设计的多组分复合材料最具应用前景。后续研究应聚焦于：1)开发新型金属氧化物/碳界面工程；2)优化规模化制备工艺；3)探索机器学习辅助材料筛选。特别是CNT-石墨烯等全碳复合材料，其10.56%的效率已超越多数氧化物体系，为完全摒弃贵金属提供了可能。