染料敏化太阳能电池 (DSSC) 是一种由三个主要部分组成的太阳能装置：光阳极，即涂覆有染料以吸收光的半导体；帮助电荷移动的电解质；以及完成电路的对电极 [1], [2]。由于这些元素在 DSSCs 中的重要性，已进行了大量研究。在 DSSC 中，光子被光阳极中的染料分子吸收，然后电子从 HOMO 激发到 LUMO。为了正确排列能级，激发的电子随后被转移到半导体的导带中。在输送到外部电路以提取能量后，电子随后被转移到 DSSC 中的对电极 (CE)。同时，染料分子通过接受电解质中的电子而再生。之后，从对电极获得电子以补充氧化的电解质 [3], [4]。
对电极是一个关键部分，通常将电子从外部电路传输到电解质中进行还原。有效的对电极需要具有高导电性、大表面积、与电解质物种的稳定性，以及高电催化活性，以高效地进行电催化活性。铂 (Pt) 由于其卓越的电催化活性和高电导率，经常用作 DSSCs 中的对电极。然而，由于成本高、稀缺以及在 DSSCs 中经常使用的碘化物 - 三碘化物 (多碘化物) 电解质中容易腐蚀，它带来了严重的问题 [5], [6]。因此，急需研究铂替代品。最好的对电极材料是那些易于生产、对环境安全且效率与铂相当的材料。
此外，新的研究正集中于结合先进的纳米材料，如碳基化合物和过渡金属硫族化合物，这些材料有望增强电催化性能和提高稳定性。这些材料不仅旨在替代铂，还旨在推动 DSSC 技术在效率和可持续性方面的界限 [7], [8]。关于在 DSSC 中对电极的使用，Abbood [4] 开发了一种独特的纳米结构，由 SnSe 纳米粒子通过 SILAR 工艺包裹在核 - 壳结构中的多壁碳纳米管 (MWCNT) 组成。这种新方法显示出 8.67% 的有前途的效率。Mithari 等人 [7] 通过 SILAR 方法将 Bi2S3 纳米粒子封装进 MWCNT 中，这种组装的纳米结构方法显示出良好的电催化性能，外部量子效率为 26.81%。Sowbakkiyavathi 及其同事 [8] 通过超声混合以 1:1 的重量比将硒化镍纳米粒子嵌入聚苯胺纳米纤维中，合成的基于复合材料的 DSSC 显示出 8.46% 的光转换效率，高于原始的铂、聚苯胺和硒化镍基对电极。Norouzibazaz 等人 [9] 合成了装饰在 MWCNTs 上的 CoNieSe@MoSe2 核 - 壳结构作为对电极，并实现了 9.43% 的效率。
在过去的二十年里，量子点 (QDs) 因其基本特性和广泛应用而被广泛研究 [10], [11], [12]。硫族材料由于其卓越的电学性能、催化能力和稳定性，已成为大量研究的焦点，并具有先进的电源应用的巨大潜力 [13], [14]。其中，镉硫族化合物 (CdX，其中 X = S, Te 或 Se) QDs 遵循基于由界面驱动力和表面化学控制的电荷动力学以及组成/界面决定的稳定性的常见电催化原理 [15]。CdX QDs 用于三种主要类型的太阳能电池：金属结太阳能电池、聚合物混合太阳能电池和量子点-DSSCs (QDSSCs)。CdX QDs 中的电荷传输现象由光生激子分离驱动，随后是界面电子或空穴转移到受体以及缺陷态干预复合的竞争。实验工作表明，调整 QD 能级和界面化学可以控制动力学和选择性 [16]。尺寸依赖的导带和价带位置，作为量子限域结果的 QDs 的典型特征，决定了电荷转移的热力学驱动力，而通过配体修饰或异质结形成的界面操纵则修正了分离电荷的动力学路径和寿命。表面配体、封端剂和缺陷态在很大程度上设定了 QDs 和电极之间的电子耦合，从而控制电催化性能。报道的常见策略包括配体交换以引入空穴接受基团、在载体上原位生长 QDs 以及促进电子传输的聚合物封端层 [17]。近年来，硒化镉 (CdSe) 作为一种 II-VI 族 n 型半导体，展示了卓越的电学和光电子性能，在 QDSSCs 领域引起了广泛关注。低维 CdSe 纳米材料显示出独特的几何和物理特性，使其成为基础研究见解和实际应用广泛研究的课题。零维 (0D) CdSe 纳米材料对于高性能器件如光电探测器、太阳能电池、场效应晶体管、发光二极管和激光器来说尤其是有吸引力的可能性 [18], [19], [20], [21]。在用于电催化的 CdSe QDs 中，单粒子电化学光谱揭示表面化学和界面动力学主导电荷转移行为，表明最大化表面耦合对于催化电流密度和选择性至关重要 [22]。
提高 DSSC 的整体性能需要将 CdSe QDs 集成到 MWCNT 核心上作为对电极。这种独特的组合利用了 CdSe 量子点和 MWCNTs 的各自优势以产生协同效应，因为 MWCNTs 网络为电荷载流子提供了高迁移率的通道，而 CdSe QDs 充当光活性光收集器。这种组合解决了传统对电极的主要问题，如由铂组成的那些，同时也提供了由 CdSe QD 壳层提供的强电催化能力和耐久性，以实现电解质 - 对电极界面处的高效电子传输。因此，基于 CdSe QDs 涂覆的 MWCNTs 的对电极是 DSSCs 中传统材料的有力替代品，导致能量转换效率的增加。此外，MWCNT 核心提供了增强 CdSe QDs 壳层的关键特性，因为它们具有优越的电导率，其中 MWCNTs 为电极结构内的电荷移动提供了有效通道。MWCNTs 和 CdSe QDs 结合形成一种具有改善导电性和增加表面积的复合材料，这促进了更有利于电子传输和电催化反应的环境。除了鼓励光阳极内的染料分子再生外，这种定制架构保证了电子通过外部电路的连续流动。目前的工作突出了使用 CdSe QDs 涂覆的 MWCNTs 设计对电极的核 - 壳架构以实现高效的 DSSCs。CdSe QDs 涂覆的 MWCNTs 已通过两步溶胶 - 凝胶工艺合成。已报道了几种基于硫族半导体和碳的纳米复合材料用于能源相关应用；大多数结果侧重于光催化剂、光阳极或块体复合电极。相比之下，这项工作开发了一种专为无铂 DSSC 对电极潜在候选者而专门设计的 CdSe QDs 装饰的 MWCNTs 核 - 壳纳米混合材料。紧密的 CdSe-MWCNTs 界面促进了电子传输和 I3?/I? 氧化还原电对的电催化还原，导致更低的电荷转移电阻、更高的催化活性和改善的光伏性能。据我们所知，这种受控核 - 壳架构、简单的溶液基合成和全面的电化学验证的结合尚未在 DSSCs 中针对 CdSe QDs 功能化的 MWCNTs 对电极进行过报道。目前正在寻找 DSSCs 替代对电极的科学界可能会发现我们的结果有助于进行关于 DSSCs 无铂对电极的 ongoing 研究。
