辣木叶提取物绿色合成银/氧化锌等离子体纳米复合材料：光催化与染料敏化太阳能电池性能的双功能策略

推荐：本研究通过辣木叶提取物绿色合成银/氧化锌等离子体纳米复合材料（Ag@ZnO PNC），解决了传统化学合成方法的环境污染问题。该材料在太阳光下对亚甲基蓝（MB）的降解效率达99.33%，同时作为染料敏化太阳能电池（DSSC）光阳极，能量转换效率（PCE）提升33%。研究为环境修复和可再生能源开发提供了可持续解决方案。

　　

随着全球气候变化加剧，可再生能源和环境污染治理成为研究热点。染料敏化太阳能电池（DSSC）和光催化技术因其在能源转换和环境修复中的潜力备受关注。然而，传统半导体材料如氧化锌（ZnO）存在带隙宽（3.2 eV）、可见光吸收率低（<5%）和电荷复合率高等问题，限制了其实际应用。此外，化学合成纳米材料常使用有毒还原剂（如NaBH₄），对环境造成负担。

为解决这些问题，来自印度K.Ramakrishnan College of Technology的研究团队通过辣木叶（Moringa oleifera, MO）提取物绿色合成了银/氧化锌等离子体纳米复合材料（Ag@ZnO PNC），并探究其在光催化和DSSC中的双功能应用。该研究发表在《Journal of Science: Advanced Materials and Devices》上。

研究采用辣木叶提取物作为还原剂和封端剂，通过溶液法制备Ag@ZnO PNC，利用紫外-可见光谱（UV-Vis）、X射线衍射（XRD）、X射线光电子能谱（XPS）、扫描电子显微镜（SEM）和透射电子显微镜（TEM）等技术表征材料性质。光催化实验以亚甲基蓝（MB）为模型污染物，在太阳光下测试降解效率；DSSC性能通过电流密度-电压（J-V）曲线和瞬态光电流（I-T）分析评估。

3.1. 材料形成机制
辣木叶中的多酚、类黄酮等活性成分将Ag⁺还原为银纳米颗粒（Ag NPs），同时锌前体与羟基反应生成ZnO，形成异质结结构。

3.2. 形貌与结构分析
TEM显示Ag NPs（5-10 nm）均匀分布在ZnO表面，HRTEM证实晶面间距0.26 nm（ZnO）和0.235 nm（Ag）。XRD和XPS验证了材料的高纯度和Ag⁰的存在。

3.3. 光学性质
Ag@ZnO PNC的带隙降至3.13 eV，表面等离子体共振（SPR）效应显著增强了可见光吸收。

3.4. 光催化性能
Ag@ZnO PNC在60分钟内降解99.33%的MB，速率常数（12.77×10^?4 min^?1）是纯ZnO的3倍。对苯二甲酸实验证实其高•OH产量。

3.5. DSSC性能
Ag@ZnO PNC光阳极的DSSC效率达1.76%，较纯ZnO（1.18%）提升33%，归因于Ag的电子捕获和可见光扩展效应。

3.6. 机理探讨
Ag与ZnO形成的肖特基势垒（Schottky barrier）抑制电荷复合，SPR效应促进热电子注入，协同提升光催化和DSSC性能。

该研究创新性地利用绿色合成策略制备了高效双功能材料，为环境修复和可再生能源开发提供了可持续方案。Ag@ZnO PNC的高光催化活性和DSSC性能提升，展示了等离子体纳米材料在解决能源与环境挑战中的巨大潜力。研究还强调了植物提取物在纳米合成中的替代作用，符合绿色化学原则，为未来纳米技术的生态化设计提供了范例。