硒掺杂氧化锌纳米颗粒的绿色合成及其光催化降解染料污染物研究

本文报道了利用黑姜（Curcuma caesia Roxb.）根提取物为燃料，通过溶液燃烧法成功合成氧化锌（ZnO）和硒掺杂氧化锌（Se-ZnO）纳米颗粒（NPs）。研究表明，Se-ZnO NPs具有类海绵骨组织的疏松多孔结构，其光催化降解茜素黄R染料的性能显著优于纯ZnO NPs。硒的掺杂有效提高了材料的光敏性并抑制了电子-空穴对（e--h+）复合，在环境污染物治理领域展现出良好应用前景。

　　

亮点

ZnO和Se-ZnO NPs的光催化降解

当半导体暴露在可见光下时，会吸收能量高于其带隙的光子，从而在导带和价带中产生电子（e^-）和空穴（h⁺）。如果这些电荷载流子没有复合，它们会迁移到材料表面：空穴将水分子氧化生成羟基自由基（OH•），而自由电子则还原氧气生成过氧化物和超氧自由基。离心溶液后，通过测量样品吸光度来评估染料降解效率。

OH•自由基的检测

我们采用香豆素作为探针分子来追踪反应中产生的羟基自由基（OH•）——这种高活性、不稳定的化学物种在有机染料降解过程中扮演关键角色。该方法简单高效：当香豆素与OH•反应时，会生成一种在456 nm处发出明亮荧光的物质——7-羟基香豆素。

实验将30毫克氧化锌纳米颗粒分散于50毫升水溶液（含有1×10^-3 M香豆素）中，使用60 W/m²的紫外光源进行照射。

光致发光（PL）研究

在半导体材料中，光致发光（PL）研究是评估电荷载流子分离效率的有效手段。在ZnO基纳米结构中观察到的绿光发射主要归因于氧空位（V_O）、锌间隙（Zn_i）等本征缺陷以及表面态，它们充当了辐射复合中心。在硒掺杂的ZnO纳米颗粒中，硒的引入通过改变局部电子环境，在调控这些缺陷态方面发挥着重要作用。

结论

总而言之，我们成功合成了纯ZnO和硒掺杂ZnO纳米颗粒。值得注意的是，像黑姜（C. caesia）这类植物具有广泛的药用价值，其衍生的纳米颗粒正受到越来越多关注。通过X射线衍射（XRD）对纳米颗粒进行了表征，计算得出的平均晶粒尺寸范围为12.25至12.28 nm。XRD数据以及扫描电子显微镜（SEM）和透射电子显微镜（TEM）图像均表明，硒掺杂导致了ZnO晶粒尺寸的减小。研究还重点考察了它们在可见光照射下的光催化性能。