太阳能因为绿色清洁、取之不尽、分布广泛成为最具有发展前景的新能源，但是其间歇性却阻碍了它的发展。基于光阴极的光充电电池具有收集和存储太阳能的双重功能，能有效的利用太阳能。目前光阴极的制备方法主要是光电化学功能材料和储能材料的物理混合，光生载流子的低效运输限制了光充电电池的发展。

本文通过逐层生长法合成了镍钴层状双金属氢氧化物/ZnIn₂S₄/碳纳米管（CZN）异质结构光阴极，用于光驱动可充电水系锌电池（光驱动可充电AZBs）。所提出的光阴极具有典型的光电特性，并具有以下优点：在可见光范围内具有良好的光响应，ZnIn₂S₄和镍钴层状双金属氢氧化物之间具有能级/电位匹配，碳纳米管形成的导电网络可促进电荷转移。光驱动可充电AZBs可收集太阳能并存储电荷，在光照条件下显示出更强的储能能力。在8.0 A g^-1（100 mW cm^-2，白光）条件下，放电容量达到274.8 mAh g^-1，光转换效率高达1.120%。值得一提的是，光驱动可充电AZBs可仅通过光充电，实现116.3 mAh g-1的放电容量。这项研究表明，新型异质结构光阴极的设计与合成对于提高太阳能的实用性至关重要。

Figure 1. (a) Schematic diagram of photo-driven rechargeable AZBs, (b) energy diagram of CZN, (c) schematic illustrating the synthesis of CZN.

Figure 2. (a) XRD patterns of pure ZnIn₂S₄, CZ, CZC, and CZN, (b) Raman spectra of pure ZnIn₂S₄, CZ, and CZN, (c) HRTEM of CZN, (d-f) Zn 2p, In 3d and S 2p XPS spectra, (g) mapping of CZN.

Figure 3. Photoelectrochemical properties of the photo-driven rechargeable AZBs under darkness and illumination. (a) the I-T curves with 0 V bias (vs. open-circuit voltage at 1.4 V) and voltage-time curves, (b) the CV profiles at 2 mV s^-1 under illuminated/dark conditions, (c) the GCD curves at 2A g^-1, (d) Intermittent charge curves under darkness and illumination and discharge curves under darkness at 0.5A g^-1, (e) Rate capacity performances under illuminated/dark conditions, (f) EIS Nyquist plots under illumination and darkness, (g) Enhancement of photo-assisted charge capacity and photo-conversion efficiency, (h) Cycling ability in the dark and under illumination at 1 A g^-1, (i) discharge curves under dark conditions at 0.5 A g^-1 after photo-charging (white light only, 100 mW cm^-2) .

Figure 4. CV curves of photo-driven rechargeable AZBs in the 1.0 - 5.0 mV s^-1 range under (a) illumination and (b) darkness. Calculated b-value in (c) illuminated and (d) dark conditions. (e, f) Assessing the capacitive-controlled components to charge storage at 1 mV s^-1 in illuminated and dark states.

Figure 5. (a) Charge migration of photo-generated charge carriers in the photo-driven rechargeable AZBs in illuminated conditions, (b) schematic illustration of the photo-driven rechargeable AZBs concept.

陆军，北京化工大学化学学院教授，博士生导师。1998年毕业于中国科学技术大学化学系获得学士学位；2004年于中国科技大学化学系获得博士学位。2005–2007年在香港大学化学系从事博士后研究。2007年加入北京化工大学化工资源有效利用国家重点实验室。1998年获得“郭沫若奖学金”；2013年获得国家自然科学基金委“优秀青年科学基金”资助。研究方向为超分子插层组装材料的光电功能化研究，包括复合发光材料，光催化/光电催化，光电转换与储能研究。在Angew, Chem. Int. Ed.，Adv. Mater.，Adv. Func. Mater.等刊物上发表SCI收录论文100余篇，他引5000余次，参与撰写专著5部，获国家发明专利授权10余件，获得省部级科技进步一等奖一项，二等奖一项，2023年获北京市“教书育人先锋”称号。中国化学会会员，中国物理学会会员，IUPAC，ACS，RSC会员光电材料器件网光电材料专家组专家会员。

马晓红，中共党员，2021级北京化工大学化学专业博士研究生，研究方向为光电转换与储能。

Ma X, Guo M, Chen X, et al. Photo-driven rechargeable aqueous zinc batteries based on NiCo-layered double hydroxide nano composite cathodes. Nano Research, 2025, https://doi.org/10.26599/NR.2025.94907419.