基于全草提取物绿色合成的氧缺陷TiO2?δ纳米颗粒：磁光性能增强机制及其环境友好制备

研究人员针对传统化学法合成TiO2 NPs存在毒性问题，创新性采用Phyllanthus niruri全草提取物通过绿色路线合成氧缺陷TiO2?δ NPs。研究发现该材料具有显著降低的光学带隙（Eg～2.75 eV）、强紫外吸收峰（～250 nm）及室温铁磁性（MS～0.029 emu/g），其性能提升源于Ti3+/Ti4+混合价态和氧空位诱导的表面等离子共振，为环境友好型功能材料开发提供新思路。

　　

在环境治理与生物医学领域，纳米二氧化钛（TiO₂ NPs）因其优异的光催化性能和生物相容性备受关注。然而，传统化学合成法使用有毒试剂，且常规TiO₂ NPs存在宽带隙（～3.2 eV）限制其可见光响应，磁性功能缺失等问题。更棘手的是，现有绿色合成多局限于植物叶片提取物，未能充分利用药用植物的全株活性成分。这些瓶颈严重制约了TiO₂ NPs在污水处理、癌症光热治疗等领域的应用突破。

针对上述挑战，来自国内研究机构（根据CRediT声明推测为印度机构，但原文未明确标注）的Latika Mishra团队创新性地选用传统药用植物Phyllanthus niruri（PN）全草提取物，通过环境友好工艺成功制备出氧缺陷型TiO_2?δ NPs。这项发表于《Surfaces and Interfaces》的研究揭示，全草提取物中特有的phyllanthin、corilagin等植物代谢物，能更有效诱导氧空位形成，从而赋予材料前所未有的磁光协同增强特性。

研究采用X射线衍射（XRD）、透射电镜（TEM）、X射线光电子能谱（XPS）等技术表征材料结构，通过紫外-可见光谱（UV-vis）和振动样品磁强计（VSM）分析性能。关键发现包括：Rietveld精修证实产物为纯相锐钛矿结构（空间群I41/amd），TEM显示平均粒径～35 nm的球形团聚体；XPS在529.08 eV和530.88 eV处双峰证实氧空位存在，并检测到Ti³⁺（3d¹）与Ti⁴⁺（3d⁰）混合价态；UV-vis谱显示较体材料红移0.45 eV的窄带隙（2.75 eV）及250 nm强吸收峰；磁学测试首次报道室温铁磁性（矫顽力H_C～0.0143 T）。

在"Results and discussion"部分，作者通过多维度分析阐明机理：1）结构表征确认全草提取物中的生物分子成功包覆NPs表面；2）氧空位导致Ti³⁺→Ti⁴⁺电子虚拟跃迁（禁止反向跃迁），产生铁磁有序；3）表面等离子共振（SPR）效应与能带重构共同作用实现光响应红移。这些发现突破了PN叶提取物合成TiO₂ NPs的性能局限（对比文献报道E_g≥3.16 eV）。

研究结论指出，全草提取物特有的代谢物组合可调控氧缺陷浓度，进而精确调节Ti的氧化态比例。该方法制备的TiO_2?δ NPs兼具窄带隙、强光吸收和铁磁性，在自旋电子器件、光催化降解有机污染物等领域具有应用潜力。这项工作不仅为绿色合成功能材料提供新范式，更揭示了植物全株利用在纳米材料性能调控中的独特优势，对发展可持续纳米技术具有重要启示意义。