锰掺杂硒化锌纳米颗粒提升光催化效率用于可持续水处理：有毒有机污染物的高效去除

本研究针对工业废水中有毒有机污染物（如CV染料）的降解难题，开发了锰掺杂硒化锌（Mn@ZnSe）纳米颗粒光催化剂。通过低温胶体法合成，结合UV/Vis、PL光谱和XRD表征，证实其立方锌矿结构及Mn2+掺杂对电子结构的调控作用。实验表明，Mn@ZnSe NPs的光催化活性是纯ZnSe NPs的两倍（动力学常数0.041 min?1），为可持续废水处理提供了高效解决方案。

　　

随着工业化进程加速，纺织、印染等行业排放的含有机染料废水已成为全球性环境挑战。这类废水中常见的结晶紫（CV）等染料不仅难以降解，还会产生致癌芳香胺，威胁生态系统和人类健康。传统处理方法如活性炭吸附或电化学氧化存在效率低、二次污染等问题，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，常用二氧化钛（TiO₂）催化剂存在电子-空穴对快速复合的缺陷，且含镉（Cd）纳米材料具有生物毒性。针对这些问题，印度科学理工学院的研究团队开发了一种环保型锰掺杂硒化锌（Mn@ZnSe）纳米颗粒，通过调控能带结构显著提升光催化性能，相关成果发表于《Materials Science and Engineering: B》。

研究采用低温胶体法合成3-巯基丙酸（MPA）修饰的Mn@ZnSe NPs，利用UV/Vis光谱测定光吸收特性（380 nm吸收峰），PL光谱分析缺陷态发射（450 nm）和Mn²⁺相关发射（580 nm）。XRD确认立方锌矿晶体结构，SEM/TEM显示均匀球形形貌。以8 W紫外灯（254 nm）为光源，通过CV染料降解实验评估光催化活性。

材料与合成
通过水相胶体法合成MPA封端的ZnSe和Mn@ZnSe NPs，使用硼氢化钠还原硒粉，锰掺杂浓度为5%。该方法避免了有机溶剂，符合绿色化学原则。

X射线衍射分析
XRD图谱显示所有样品均为单一立方相（空间群F-43m），Mn掺杂未改变晶体结构但引起晶格收缩（2θ=27.6°的（111）峰位移），证实Mn²⁺成功取代Zn²⁺位点。

光学性质与能带结构
UV/Vis显示Mn掺杂使带隙从3.8 eV（ZnSe）降至3.5 eV（Mn@ZnSe），PL寿命分析表明Mn²⁺的⁴T₁→⁶A₁跃迁（580 nm）有效抑制了电子-空穴复合。

光催化性能
Mn@ZnSe NPs在60分钟内降解95% CV染料（纯ZnSe仅45%），符合一级动力学模型（k=0.041 min^?1）。机理研究表明，Mn²⁺作为电子陷阱促进·OH自由基生成，其氧化电位（+2.8 V）可直接裂解染料发色团。

该研究证实Mn@ZnSe NPs通过双重作用机制（能带调控与直接氧化）实现高效污染物降解，且无重金属毒性风险。相比传统催化剂，其低能耗（仅需8 W UV光源）、高稳定性（5次循环后效率保持90%）等优势，为规模化废水处理提供了新思路。作者Vineet Sharma等特别指出，该技术符合联合国可持续发展目标（SDG 6），未来可结合太阳能驱动进一步优化。