铁掺杂UiO-66双金属有机框架的构建及其在光催化降解与能源存储中的协同应用

针对水污染治理与能源短缺的双重挑战，研究人员通过溶剂热法合成铁掺杂UiO-66双金属有机框架（Fe-UiO-66），实现了光催化降解酸性红1染料（效率达98.3%）与高性能超级电容器（比电容520 F/g）的双功能应用。该材料展现出优异的稳定性（循环15,000次容量保持率83.88%），为环境修复与清洁能源存储提供了创新解决方案。

　　

随着全球工业化进程加速，水污染和能源危机已成为威胁人类可持续发展的两大难题。纺织工业排放的含偶氮染料废水（如酸性红1）具有高毒性、难降解特性，而传统化石能源的过度消耗则加剧了温室效应。面对这些挑战，开发兼具环境修复与能源存储功能的材料成为研究热点。金属有机框架（MOF）因其可调控的孔隙结构和表面活性备受关注，但单一组分UiO-66存在可见光吸收范围窄、导电性差等缺陷。

Sri Sivasubramaniya Nadar工程学院（SSN）的研究团队通过溶剂热法将Fe³⁺引入UiO-66骨架，构建了双功能Fe-UiO-66材料。该研究采用X射线衍射（XRD）、X射线光电子能谱（XPS）等技术证实了Fe的成功掺杂，紫外-可见漫反射光谱（UV-Vis-DRS）显示其带隙从4.13 eV降至2.76 eV。在《Inorganic Chemistry Communications》发表的研究成果表明，这种材料同时实现了高效光催化降解和卓越的储能性能。

关键技术方法
研究通过溶剂热法合成Fe-UiO-66，利用三电极体系测试电化学性能，采用紫外-可见分光光度法评估光催化效率，并通过扫描电子显微镜（FESEM）和能量色散X射线光谱（EDX）表征形貌与元素分布。

研究结果

1. 结构分析：XRD显示Fe掺杂未改变UiO-66晶体结构，但晶粒尺寸从58 nm减小至22 nm，比表面积提升至1123 m²/g。
2. 光催化性能：Fe-UiO-66在40分钟内降解98.3%酸性红1染料，其一级动力学常数（0.082 min^-1）是纯UiO-66的4.1倍，归因于Fe³⁺/Fe²⁺氧化还原对促进的电荷分离。
3. 电化学性能：在1 A/g电流密度下比电容达520 F/g，组装的非对称超级电容器（ASC）能量密度为28.88 Wh/kg，15,000次循环后容量保持率83.88%。

结论与意义
该研究创新性地通过Fe掺杂赋予UiO-66双功能特性：一方面通过引入Fe³⁺活性位点增强光催化降解效率，另一方面利用缩小的带隙和增加的导电性提升储能性能。这种"一材双用"策略为开发环境-能源协同解决方案提供了新思路，其材料设计理念可拓展至其他MOF体系，具有重要的工业应用前景。