芒果叶提取物绿色合成氧化锌纳米花用于阳光驱动降解亚甲基蓝和扑热息痛的双重光催化研究

本研究针对废水中难降解的亚甲基蓝(MB)和扑热息痛(AMP)污染问题，开发了芒果叶提取物(MLE)介导的绿色合成氧化锌纳米花(ZnONFs)光催化剂。该材料具有3.20 eV窄带隙和分级花瓣结构(50-80 nm)，在自然阳光下实现MB(99.65%/90 min)和AMP(90.65%/120 min)的高效矿化，其性能显著优于商业ZnO纳米颗粒，且循环5次后仍保持82%活性。该研究为同时去除染料和药物污染物提供了可持续解决方案。

　　

随着工业发展和医药消费增长，亚甲基蓝(MB)和扑热息痛(AMP)等顽固污染物在水体中的积累已成为严峻的环境挑战。这些物质不仅难以通过传统方法降解，还可能通过食物链富集威胁生态系统和人类健康。尽管半导体光催化技术被寄予厚望，但常规氧化锌(ZnO)纳米颗粒存在电子-空穴复合率高、可见光利用率低等问题，且合成过程常涉及有毒试剂。如何开发兼具高效、稳定和环保特性的新型光催化剂，成为当前环境纳米技术领域的核心难题。

来自印度圣雄甘地大学的研究团队创新性地利用芒果(Mangifera indica)叶提取物(MLE)作为生物还原剂和封端剂，成功制备出具有分级花瓣结构的氧化锌纳米花(ZnONFs)。这种绿色合成策略不仅避免了有毒化学试剂的使用，还赋予材料3.20 eV的窄带隙和独特的形貌特征。实验证明，该材料在自然阳光照射下对MB和AMP的降解率分别达到99.65%(90分钟)和90.65%(120分钟)，其矿化速率显著超越商业ZnO纳米颗粒。机制研究表明，MB主要通过光生空穴(h⁺
)氧化，而AMP则主要依赖超氧自由基(O₂
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)途径降解。该成果发表于《Materials Research Bulletin》，为开发可持续废水处理技术提供了新思路。

研究采用的关键技术包括：1) 植物介导的绿色合成法，以锌醋酸二水合物(ZAD)为前体；2) X射线衍射(XRD)和透射电镜(TEM)表征晶体结构和形貌；3) 紫外-可见漫反射光谱(UV-DRS)测定带隙能；4) 自由基捕获实验确定活性氧物种(ROS)贡献；5) 高效液相色谱(HPLC)定量污染物降解效率。

结果与讨论
材料表征：XRD证实ZnONFs为纤锌矿结构，TEM显示其由50-80 nm的花瓣单元组成分级结构。UV-DRS测得3.20 eV的窄带隙，比体相ZnO(3.37 eV)更利于可见光吸收。

光催化性能：在pH 9、75 ppm催化剂用量条件下，ZnONFs对10 ppm MB和AMP的降解半衰期分别为25分钟和40分钟。总有机碳(TOC)分析证实污染物被完全矿化为CO₂
和H₂
O。

机制解析：EDTA(空穴清除剂)使MB降解率下降76%，而pBQ(超氧自由基清除剂)使AMP降解率降低68%，表明两种污染物遵循不同的氧化路径。

稳定性测试：5次循环后催化剂仍保持82%活性，XRD显示晶体结构未发生改变，证实其良好的可重复使用性。

结论与意义
该研究开创性地将植物 phytochemistry 与纳米形貌工程相结合，开发出具有双重降解功能的ZnONFs光催化剂。其创新性体现在：1) 首次实现MB和AMP在自然环境条件下的同步高效降解；2) 通过生物分子功能化调控材料能带结构和表面特性；3) 建立污染物特异性降解机制模型。这项技术有望应用于制药和印染废水处理，其太阳能驱动的特性特别适合光照充足地区。研究还启示可通过筛选不同植物提取物来定向调控金属氧化物纳米结构，为绿色纳米材料的理性设计提供范式。