绿色合成银纳米颗粒修饰石墨相氮化碳(g-C3N4)增强罗丹明B光降解性能研究

本研究通过环境友好的紫叶提取物还原法，成功制备了银纳米颗粒(AgNPs)修饰的石墨相氮化碳(g-C3N4)复合材料，显著提升了其对有机染料罗丹明B(RhB)的光催化降解效率。研究人员系统考察了AgNPs含量对材料结构和性能的影响，发现7 wt% Ag负载量的样品(ACN07)在75分钟内可实现95.3%的RhB降解率，这归因于AgNPs的表面等离子体共振效应(SPR)和有效抑制光生电子-空穴对复合的作用。该研究为开发高效、稳定的可见光驱动光催化剂提供了新思路。

　　

随着工业快速发展，有机染料污染已成为严峻的环境问题。罗丹明B(RhB)作为典型难降解染料，其复杂的芳香结构导致传统处理方法效率低下。光催化技术因其绿色、高效的特点备受关注，其中石墨相氮化碳(g-C₃N₄)因其独特的能带结构和化学稳定性成为研究热点。然而，纯g-C₃N₄存在光生载流子复合率高、可见光利用率低等缺陷。通过贵金属修饰可有效改善这些不足，但传统制备方法往往涉及有毒化学还原剂。

为解决这一难题，Luu Thi Lan Anh团队在《Nanoscale Advances》发表研究，开发了一种环境友好的紫叶提取物还原法，制备银纳米颗粒(AgNPs)修饰的g-C₃N₄复合材料(Ag@g-C₃N₄)。研究人员采用热缩聚法制备g-C<₃N₄基底，通过水热法在不同AgNO₃浓度下合成系列复合材料。关键技术包括X射线衍射(XRD)分析晶体结构、紫外-可见漫反射光谱(UV-vis DRS)测定光学性质、光致发光光谱(PL)评估载流子分离效率，以及扫描电镜(SEM)和透射电镜(TEM)表征形貌。

3.1 材料表征结果

XRD分析证实复合材料中同时存在g-C₃N₄的六方相和Ag的面心立方结构，且随着Ag含量增加，(002)晶面衍射峰发生轻微偏移，表明AgNPs成功嵌入。FTIR光谱显示所有样品保持g-C₃N₄的特征官能团振动。SEM观察到随着Ag含量增加，g-C₃N₄片层表面出现明显纳米颗粒聚集，EDX证实了Ag元素的存在。TEM进一步显示ACN07样品中AgNPs均匀分散在g-C₃N₄基底上。

3.2 光学性质与光催化性能

UV-vis DRS显示Ag修饰使材料反射边红移，ACN07的带隙降至2.93 eV。PL光谱表明ACN07的荧光强度显著低于纯g-C₃N₄，证实AgNPs有效抑制了载流子复合。在RhB降解实验中，ACN07表现出最优性能，其表观速率常数(k_app)达0.039 min^-1，较纯g-C₃N₄提升4倍。自由基捕获实验证实超氧自由基(˙O₂^-)是主要活性物种。

4. 结论与意义

该研究创新性地采用植物提取物绿色合成Ag@g-C₃N₄光催化剂，通过系统优化证实7 wt% Ag负载量(ACN07)具有最佳性能。机理研究表明AgNPs的SPR效应不仅拓宽了光响应范围，还作为电子陷阱促进电荷分离。材料在4次循环后仍保持稳定结构，在实际废水处理中展现出应用潜力。这项工作为开发高效、环保的光催化剂提供了新策略，同时拓展了生物还原法在纳米材料合成中的应用前景。