铈/钡掺杂及共掺杂CuO与Co3O4纳米颗粒的绿色合成及其光催化与生物活性增强机制

本研究针对工业染料污染和细菌耐药性问题，通过绿色合成法制备Ce/Ba掺杂及Ce-Ba共掺杂CuO和Co3O4纳米颗粒（NPs）。结果表明，Ce-Ba共掺杂CuO NPs对刚果红（93.20%）和罗丹明B（91.56%）的降解效率显著提升，并展现出88.67%的抗氧化活性及广谱抗菌性，为环境修复和医疗应用提供了新型纳米材料解决方案。

　　

在工业化进程加速的今天，水污染问题日益严峻，尤其是纺织、印染等行业排放的有机染料（如刚果红、罗丹明B）和医疗废水中的病原菌，对人类健康和生态系统构成双重威胁。传统水处理方法存在效率低、二次污染等局限，而半导体光催化技术因其绿色、高效特性成为研究热点。然而，常规化学合成纳米材料往往依赖有毒试剂，且CuO和Co₃O₄等金属氧化物纳米颗粒（NPs）的催化性能仍有提升空间。为此，来自印度和中国的合作团队创新性地将植物提取物与稀土掺杂策略结合，开发出高性能纳米材料，相关成果发表于《Journal of the Indian Chemical Society》。

研究采用柠檬叶提取物为还原剂，通过共沉淀法合成Ce/Ba单掺杂及Ce-Ba共掺杂CuO和Co₃O₄ NPs，并利用X射线衍射（XRD）、傅里叶变换红外光谱（FTIR）、扫描电镜-能谱联用（SEM-EDX）等技术表征材料特性。实验选取革兰氏阳性菌（B. Subtilis）和阴性菌（E. Coli）评估抗菌活性，并通过降解染料模型验证光催化效能。

研究结果

1. 材料表征：XRD显示Ce-Ba共掺杂CuO NPs晶粒尺寸最小（9.92 nm），立方相Co₃O₄ NPs晶粒仅6.08 nm。FTIR证实植物多酚参与稳定NPs，UV-vis分析测得共掺杂CuO和Co₃O₄的窄带隙分别为1.09 eV和1.15 eV，利于光生载流子分离。
2. 光催化性能：Ce-Ba共掺杂CuO NPs在50分钟内降解93.20%刚果红，60分钟降解91.56%罗丹明B，效率显著高于单掺杂样品（80-86%）。其优势归因于Ce³⁺/Ce⁴⁺氧化还原对促进电子转移，而Ba²⁺抑制电荷复合。
3. 生物活性：共掺杂CuO NPs对革兰氏菌的抑菌率最高，且DPPH自由基清除率达88.67%，表明其兼具抗菌和抗氧化潜力。

结论与意义
该研究通过绿色合成与稀土协同掺杂策略，成功提升CuO和Co₃O₄ NPs的环境与生物医学应用性能。Ce-Ba共掺杂不仅优化了材料能带结构，还通过增强表面活性位点实现高效染料降解和病原体灭活。这一成果为开发低成本、可持续的纳米净化材料提供了新思路，尤其适用于工业废水处理和抗感染领域。未来研究可进一步探索掺杂比例与植物代谢物的构效关系，推动纳米技术的生态化发展。