基于海桑叶提取物绿色合成氧化锌纳米颗粒的多功能光催化与生物活性研究

本研究针对工业染料污染问题，利用海桑叶提取物绿色合成氧化锌纳米颗粒(ZnO NPs)，通过XRD、FESEM等技术表征其六方纤锌矿结构及3.19 eV带隙。结果显示，该纳米颗粒对溴化乙锭(EB)的降解率最高达98.61%，并展现显著抗氧化活性(DPPH清除率92.12%)及抗菌效果(对金黄色葡萄球菌抑制圈23 mm)。该研究为环境污染物治理和生物医学应用提供了新型绿色纳米材料。

　　

在分子生物学实验室中，溴化乙锭(EtBr)作为核酸染色剂被广泛使用，但这种芳香族杂环化合物具有强诱变性和毒性，其不当处置会导致水体污染和生态破坏。更令人担忧的是，已有研究表明EtBr能引起海胆卵染色体异常、人类细胞线粒体突变，甚至导致果蝇基因毒性。面对这一环境健康双重威胁，传统处理方法往往效率低下或产生二次污染，而半导体光催化技术因其能彻底矿化污染物的特性备受关注。

在这项发表于《Biocatalysis and Agricultural Biotechnology》的研究中，泰国朱拉隆功大学团队创新性地利用红树林植物海桑(Sonneratia ovata)叶提取物绿色合成了氧化锌纳米颗粒(ZnO-S NPs)。研究人员采用超声辅助法合成纳米颗粒，通过X射线衍射(XRD)和场发射扫描电镜(FESEM)表征晶体结构和形貌，紫外可见光谱(UV-Vis)测定光学性质，并系统评估了其对EtBr的光催化降解性能及抗菌抗氧化活性。

3.1 X射线衍射与精修分析

XRD显示ZnO-S NPs呈现六方纤锌矿结构(P63mc空间群)，平均晶粒尺寸24.6 nm，小于化学法合成的ZnO-N NPs(35.42 nm)。Rietveld精修确定晶格参数a=b=3.253 ?，c=5.207 ?，证实了高结晶纯度。

3.2 形貌与元素组成分析

FESEM图像显示ZnO-S NPs主要为球形和部分六方纳米棒混合形貌，这种特殊结构得益于海桑叶中多酚类物质的定向调控作用。而化学法制备的ZnO-N NPs则呈现不规则立方体结构且存在团聚现象。

3.3 功能基团分析

FTIR谱图中618 cm^-1处的Zn-O特征峰证实了氧化锌形成，3474 cm^-1处的羟基峰和1624 cm^-1处的C=C峰表明海桑叶提取物成功包覆纳米颗粒表面。

3.4 粒径分析

动态光散射显示ZnO-S NPs的d₅₀粒径为33.84 nm，显著小于ZnO-N NPs的81.2 nm，这种小尺寸特性有利于增加催化活性位点。

3.5 紫外-可见吸收分析

UV-Vis显示ZnO-S NPs在369 nm处有特征吸收边，对应3.2 eV的直接带隙，其量子限域效应比ZnO-N NPs(2.89 eV)更显著。

3.8 抗氧化活性

DPPH实验表明ZnO-S NPs在100 μg/mL浓度下自由基清除率达92.12%，优于海桑叶提取物本身(89.45%)，这归因于纳米颗粒表面吸附的植物多酚协同作用。

3.9 抗菌活性

对金黄色葡萄球菌(S. aureus)和大肠杆菌(E. coli)的抑制实验显示，100 mg/mL ZnO-S NPs分别产生23 mm和20 mm抑菌圈，且对革兰氏阳性菌效果更显著，这与纳米颗粒破坏肽聚糖层的能力相关。

3.10 光催化活性

在pH=11、300 ppm催化剂浓度条件下，ZnO-S NPs对30 ppm EtBr溶液的120分钟降解率达98.61%，遵循一级动力学模型(速率常数3.16×10^-2 min^-1)。机理研究表明，海桑叶提取物中的黄酮类物质通过π-π相互作用促进EtBr吸附，同时作为电子陷阱抑制光生电子-空穴复合，显著提升羟基自由基(·OH)产率。

3.12 循环稳定性

经过5次循环使用后，ZnO-S NPs仍保持91.7%的催化效率，证明其优异的可重复利用性。

这项研究开创性地将红树林植物应用于纳米材料绿色合成，所制备的ZnO-S NPs兼具环境修复和生物医学应用潜力。其创新点在于：1) 利用海桑叶提取物实现形貌可控合成；2) 植物多酚修饰提升纳米颗粒稳定性与活性；3) 对EtBr的降解效率(98.61%)显著优于文献报道的化学合成催化剂。该成果不仅为危险染料污染物治理提供了新思路，也为开发多功能生物纳米材料开辟了道路，充分体现了"源于自然，用于自然"的可持续发展理念。