综述：TiO2纳米颗粒的绿色合成及其对染料敏化太阳能电池性能的增强与未来机遇探索

这篇综述系统阐述了TiO2纳米颗粒（NPs）的绿色合成方法及其在染料敏化太阳能电池（DSSC）中的应用进展。文章对比了传统化学合成与生物质（植物/微生物）介导的绿色合成路径，指出后者通过天然还原剂（如黄酮类、多糖）可精准调控NPs尺寸（10-100 nm）和晶相（锐钛矿相为主），显著提升DSSC的光电转换效率（PCE达4.55%）。同时探讨了规模化生产的挑战（如批次稳定性）及AI优化等未来方向，为可持续能源技术发展提供新思路。

　　

绿色合成TiO₂纳米颗粒：DSSC性能提升的生态路径

引言
全球能源安全正面临疫情后动荡、地缘冲突和气候事件的三重挑战，推动太阳能技术成为关键解决方案。作为第三代光伏技术，染料敏化太阳能电池（DSSC）因其成本低廉和环境友好特性备受关注，而光阳极材料TiO₂ NPs的性能优化成为研究焦点。

传统合成方法的局限
常规的溶胶-凝胶法和水热法虽能制备TiO₂ NPs，但面临高能耗、有毒副产物和颗粒团聚等问题。例如，激光烧蚀法获得的颗粒尺寸达64 nm且伴有表面缺陷，而球磨法制备的NPs粒径分布不均（2.84-220 nm），严重影响DSSC的电荷传输效率。

生物介导的绿色合成突破
植物提取物中的黄酮类、酚酸和多糖作为天然还原剂，在TiO₂ NPs合成中展现出独特优势：

• 细菌合成：如Halomonas sp. RAM2在500°C煅烧下可获得11-22 nm锐钛矿相NPs，DSSC的PCE提升至3.65%；
• 真菌途径：Pleurotus sajor caju合成的28 nm NPs表现出优异的抗菌活性；
• 植物提取：柑橘柠檬汁调控的NPs尺寸最小达8 nm，比表面积达105 m²/g，使染料负载量提高30%。

DSSC性能增强机制
绿色合成的TiO₂ NPs通过三重优化提升DSSC效率：

1. 尺寸效应：甘蔗汁封端的NPs（7.7 nm）因量子限域效应使带隙增至3.17 eV；
2. 表面修饰：桑叶提取物合成的NPs含羟基基团，降低电荷转移电阻（R_s）；
3. 晶相调控：pH=7时合成的锐钛矿相NPs比商用P25 Degussa的PCE提高46%。

挑战与未来方向
尽管实验室成果显著，批次重复性（如Terminalia catappa果实提取物的粒径波动）和规模化生产仍是瓶颈。未来需结合提取物指纹图谱、杂化纳米结构设计以及机器学习优化，推动该技术向商业化迈进。

结论
绿色合成TiO₂ NPs为DSSC提供了一条环境友好且高效的技术路径，其独特的尺寸与表面特性为下一代太阳能器件开发奠定基础，但跨学科协作将是实现产业化的关键。