橙皮提取物介导合成银纳米颗粒锚定还原氧化石墨烯用于可见光催化降解有机染料

为解决有机染料污染问题，研究人员利用橙皮提取物(OPE)作为绿色还原剂，开发了银纳米颗粒(AgNPs)锚定的还原氧化石墨烯(OPE-rGO@AgNPs)光催化剂。该材料在可见光下对亚甲基蓝(MB)的降解效率高达95%，带隙降至2.90 eV，为环境修复提供了高效、可持续的解决方案。

　　

随着工业发展，有机染料污染已成为威胁水环境安全的重要问题。每年全球生产的百万吨染料中，约15%会进入废水，其中许多具有毒性、致突变性和致癌性。传统处理方法如吸附、化学沉淀等存在效率低、二次污染等问题。光催化技术因其绿色、高效的特点备受关注，但常用光催化剂如TiO₂存在带隙宽(3-3.3 eV)、仅能响应紫外光的局限性。如何开发高效、稳定的可见光响应光催化剂成为研究热点。

针对这一挑战，研究人员创新性地利用橙皮提取物(OPE)作为绿色还原剂，通过一锅法同时还原氧化石墨烯(GO)和硝酸银，制备了银纳米颗粒(AgNPs)锚定的还原氧化石墨烯(OPE-rGO@AgNPs)光催化剂。该研究发表在《Journal of Molecular Liquids》上。

研究团队采用紫外-可见光谱(UV-Vis)、傅里叶变换红外光谱(FT-IR)、拉曼光谱(Raman)和场发射扫描电镜(FE-SEM)等技术对材料进行表征。通过调控AgNO₃用量，制备了不同AgNPs负载量的光催化剂，并系统研究了其对亚甲基蓝(MB)的光催化降解性能。

研究结果显示，橙皮提取物中的多酚和类黄酮化合物在碱性条件下能有效还原GO和Ag⁺。UV-Vis光谱证实GO的特征峰从230 nm红移至270 nm，表明成功还原为rGO。拉曼光谱显示I_D/I_G比值从1.01增至1.12，证实氧含量降低。FT-IR谱图中含氧官能团峰强度显著减弱，进一步验证了还原效果。SEM观察显示AgNPs均匀分布在rGO表面，粒径约40-45 nm。

光催化性能测试表明，AgNPs的引入显著提高了材料性能。OPE-rGO@AgNPs5表现出最佳光催化活性，在20 ppm MB溶液中降解效率达81%，带隙降至2.90 eV。当MB浓度降至10 ppm时，降解效率进一步提升至95%。动力学分析表明光降解过程符合一级动力学模型。通过Tauc方程计算发现，AgNPs的引入能有效调控材料带隙，增强可见光响应。

研究提出了可能的光催化机制：可见光激发AgNPs产生电子-空穴对，电子转移至rGO抑制复合；空穴与H₂O/OH^-反应生成·OH自由基；同时MB分子也可被激发，电子通过AgNPs转移至rGO；溶解氧捕获电子生成O₂^·-活性氧物种，共同降解MB分子。

该研究具有多重重要意义：首先，开发了一种环境友好的绿色合成方法，利用农业废弃物橙皮提取物制备高效光催化剂；其次，通过AgNPs与rGO的协同作用，实现了带隙调控和电荷分离效率提升；最后，为有机染料废水处理提供了新型可见光响应材料。从经济角度看，该方法原料易得、成本低廉，具有规模化应用潜力。未来研究可进一步优化AgNPs负载量，拓展该材料在其他污染物降解中的应用。