基于茄子皮提取物的绿色水热合成Au/TiO2 纳米复合材料及其增强光催化产氢性能研究

本研究针对传统制氢技术污染大、效率低的问题，利用茄子(Solanum melongena L.)皮提取物作为生物模板，通过绿色水热法成功制备了Au/TiO2 NPs纳米复合材料。该材料展现出2.95 eV的窄带隙、182 mV的低过电位及9.3%的量子效率，实现了可见光下468.3 μmol的循环产氢量，为清洁能源开发提供了环保新策略。

　　

在全球能源转型的背景下，氢能因其零碳排放特性成为替代化石燃料的理想选择。然而，当前主流制氢技术如蒸汽重整会释放大量CO₂
，而光催化水分解又面临可见光响应差、电荷复合率高等瓶颈。如何通过绿色方法制备高效光催化剂，成为破解能源与环境双重困局的关键。

沙特国王大学的研究团队独辟蹊径，将农业废弃物茄子皮"变废为宝"，利用其富含的酚类、花青素等活性成分作为天然还原剂，通过水热法构建了金修饰二氧化钛(Au/TiO₂
NPs)纳米复合材料。这种生物模板法避免了传统化学合成中有毒试剂的使用，所得材料在《Optical Materials》期刊展示出突破性性能：可见光下产氢量子效率达9.3%，循环6次后仍保持468.3 μmol的稳定产率，为绿色制氢提供了新范式。

关键技术方法
研究采用茄子皮水提物还原TiCl₄
和AuCl₃
前驱体，通过水热反应构建复合材料。利用FE-SEM/EDS、TEM-SAED表征形貌与元素分布，XRD分析晶相结构，UV-Vis测定光吸收特性，电化学工作站评估HER活性，并通过调控甲醇浓度、pH等参数优化产氢体系。

研究结果

1. 形貌与结构特征
   FESEM显示TiO₂
   NPs呈球形（50-80 nm），AuNPs（5-10 nm）均匀锚定其表面。XRD证实材料含锐钛矿/金红石混相，Au的fcc晶型（111）晶面峰明显。

2. 光学与电子特性
   UV-Vis显示Au/TiO₂
   NPs出现520 nm等离子体共振峰，带隙从3.06 eV降至2.95 eV，拓展了可见光捕获范围。XPS证实Ti⁴⁺
   和Au⁰
   的化学态。

3. 电化学性能
   线性扫描伏安曲线显示Au/TiO₂
   NPs过电位（182 mV@10 mA/cm²
   ）较纯TiO₂
   降低23%，Tafel斜率（129 mV/dec）表明其更优的质子还原动力学。

4. 产氢优化实验
   在25°C、pH=9、20 vol%甲醇条件下，材料展现最佳活性。同位素实验证实氢源来自水分子，甲醇作为牺牲剂抑制空穴复合。

结论与意义
该研究开创性地将农业废弃物转化为高性能光催化剂，通过Au的SPR效应与TiO₂
能带协同作用，实现了可见光驱动的高效产氢。材料制备全程无需强酸强碱，反应条件温和（50°C水热），符合绿色化学原则。所开发的Au/TiO₂
NPs不仅为清洁能源生产提供新思路，也为农产品加工副产物高值化利用树立了典范，兼具生态与经济双重价值。Naushad Ahmad团队的工作证明，自然界的生物分子可成为纳米材料精准合成的"绿色工具箱"，这种仿生策略对可持续发展具有深远启示。