淀粉介导的绿色合成铋/还原氧化石墨烯纳米复合材料：一种可回收纳米催化剂用于废水处理中硝基化合物还原

本研究针对传统纳米催化剂合成过程中使用有害化学物质的问题，开发了一种以可溶性淀粉为还原剂的一步法绿色合成铋/还原氧化石墨烯(Bi/rGO)纳米复合材料的新方法。该复合材料在NaBH4存在下仅需18分钟即可将4-硝基苯酚(4-NP)高效还原为4-氨基苯酚(4-AP)，催化性能优于纯纳米铋(25分钟)和铋/rGO混合物(22分钟)，且具有优异的可重复使用性。这项研究为废水处理中有机污染物的绿色降解提供了新策略。

　　

随着工业发展，含硝基芳香化合物的废水污染日益严重，这类物质具有高毒性和难降解特性，传统处理方法效率低下且成本高昂。与此同时，纳米催化剂在环境治理领域展现出巨大潜力，但常规合成方法往往需要使用有毒化学试剂，这与全球倡导的绿色化学理念背道而驰。如何在保证催化效率的同时实现环境友好型制备，成为当前研究的重要挑战。

针对这一难题，库尔纳大学研究创新中心(RIC)的研究团队另辟蹊径，将目光投向了一种天然多糖——可溶性淀粉。这种日常生活中常见的物质，因其分子结构中含有的醛基和α-羟基酮基而具有还原潜力。研究人员创新性地利用淀粉同时还原氧化石墨烯(GO)和Bi³⁺离子，一步法合成了铋/还原氧化石墨烯(Bi/rGO)纳米复合材料，相关成果发表在《Surfaces and Interfaces》期刊上。

研究采用了多种表征技术：紫外-可见光谱(UV-Vis)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)、拉曼光谱(Raman)、X射线衍射(XRD)和能量色散X射线光谱(EDX)证实了淀粉对GO和Bi³⁺的双重还原作用；扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)显示，根据Bi/GO投料比不同，形成了对角线长度为100-300nm的片状铋纳米结构，均匀分散在剥离的rGO片层上。研究人员还建立了4-硝基苯酚(4-NP)还原模型评价催化性能。

材料制备部分，GO通过改良Hummers法制备；Bi/rGO纳米复合材料采用不同GO和Bi投料比的一步还原法合成，通过调节碱性条件(pH≈9)和反应温度(约100°C)控制纳米铋的形成。催化性能测试以4-NP为模型底物，NaBH₄为还原剂，通过紫外光谱监测反应进程。

研究结果部分显示：
制备的Bi/rGO纳米复合材料中，铋以约150nm的纳米晶体(BiNCs)形式锚定在rGO片层上。在4-NP还原反应中表现出18分钟的快速催化效率，优于纯纳米铋(25分钟)和物理混合的Bi/rGO(22分钟)。这种增强的催化活性归因于rGO片上均匀分散的Bi纳米片产生的协同效应，促进了电子传输和底物吸附。此外，该催化剂表现出显著的可重复使用性。

在结论与讨论部分，研究人员强调这项工作的多重创新价值：首次实现了以单一明确分子(可溶性淀粉)作为安全还原剂合成Bi/rGO纳米复合材料；建立了一种简单、环保且经济的一步法合成策略；所制备的催化剂在硝基芳香化合物还原中表现出色，为废水处理提供了可持续解决方案。这项工作直接响应了联合国可持续发展目标(SDG 9、12、13)，在推动绿色化学发展、促进资源循环利用方面具有重要意义。特别值得注意的是，相比植物提取物等复杂体系，使用明确化学组成的淀粉作为还原剂，为纳米材料绿色合成的标准化和可控性提供了新思路。