金属有机框架模板化CoNi2S4锚定多壁碳纳米管：光催化、水分解和染料敏化太阳能电池的多功能应用

为解决能源危机和环境污染问题，研究人员开发了ZIF-67-NC@CNS/MWCNT复合催化剂，该材料在DSSCs中实现6.35%的PCE，OER/HER过电位低至144/178 mV，并展现97.56%的四环素降解效率，为清洁能源和环境修复提供高效解决方案。

　　

随着全球能源危机加剧和环境污染物累积，开发高效、低成本的清洁能源转换与环境修复技术成为当务之急。传统铂基催化剂价格昂贵且稳定性差，而抗生素如四环素（TC）在水体中的残留对生态系统构成严重威胁。针对这些问题，来自中国台湾的研究团队在《Materials Today Sustainability》发表了一项突破性研究，通过金属有机框架（MOF）模板法设计了一种多功能复合材料ZIF-67-NC@CNS/MWCNT，实现了能源转换与环境治理的双重突破。

研究团队采用水热合成和高温煅烧技术，以ZIF-67为模板，通过硫脲硫化及镍离子交换制备CoNi₂S₄，并与多壁碳纳米管（MWCNT）复合。通过X射线衍射（XRD）、透射电镜（TEM）和X射线光电子能谱（XPS）表征材料结构，并利用电化学工作站和紫外-可见光谱评估其性能。

3.1 物理化学表征
XRD证实材料成功形成立方相CoNi₂S₄，TEM显示MWCNT均匀嵌入多孔碳骨架。XPS分析揭示Co²⁺/Co³⁺和Ni²⁺/Ni³⁺的共存态，而BET测试显示复合物比表面积达274.82 m²/g，为催化反应提供丰富活性位点。

3.2 DSSC性能
作为对电极时，复合材料展现0.40 V的峰电位差和6.05 mA/cm²的峰值电流密度，电荷转移电阻（R_CT）低至17.75 Ω，最终实现6.35%的光电转换效率（PCE），媲美铂电极。

3.3 水分解性能
在1 M KOH中，OER和HER的过电位分别仅需144 mV和178 mV即可达到10 mA/cm²的电流密度，优于多数MOF基催化剂。电化学阻抗谱（EIS）显示其R_CT低至2.76 Ω，证实电子传输效率显著提升。

3.4 光催化性能
在80分钟内对TC的降解率达97.56%，动力学常数0.0351 min^-1。PL光谱表明MWCNT有效抑制电子-空穴复合，而循环实验证明材料稳定性良好，四次重复使用后效率仍保持93%以上。

该研究通过精准设计MOF衍生材料的结构，首次将CoNi₂S₄/MWCNT复合材料应用于DSSC、水分解和光催化三大领域。其创新性在于：1）MWCNT构建三维导电网络，加速电荷转移；2）MOF衍生的多孔结构提供高比表面积；3）金属硫化物的协同效应增强催化活性。这项工作不仅为替代贵金属催化剂提供新思路，更为开发"能源-环境"一体化解决方案树立了标杆，未来可拓展至柔性光电器件和工业废水处理领域。