银纳米颗粒光催化降解中性红染料的实验与DFT研究：机制探索与环境应用

本研究发现化学还原法制备的银纳米颗粒（Ag NPs）在紫外光下对中性红氯化物（NRC）染料展现卓越的光催化降解能力（20分钟降解率达99.96%），结合实验表征（SEM/EDX）与理论计算（福井函数/吸附能），揭示了其通过N-C键断裂实现染料分子化学吸附降解的机制，为废水处理提供了高效低成本的新型高级氧化技术（AOPs）解决方案。

　　

Materials（材料）

NRC染料、氢氧化钠（NaOH，98%）和硝酸银（AgNO₃，99%）分别购自英国药物屋公司、Scharlau化学品公司和BDC公司。所有试剂均为分析纯，直接使用无需进一步处理。

Preparation of Silver Nanoparticles（银纳米颗粒制备）

将100毫升0.1 M的AgNO₃溶液置于锥形瓶中，在室温持续搅拌下逐滴加入1 M氢氧化钠溶液至pH=10，形成深棕色沉淀。将混合物在80±2°C回流2小时，冷却后离心收集沉淀，用蒸馏水洗涤三次后60°C干燥，得到银纳米颗粒。

SEM and EDX（扫描电镜与能量色散X射线分析）

表面形貌研究对分析催化活性相关的表面积至关重要，而成分研究则提供材料合成及其纯度的信息。图1展示了银纳米颗粒（Ag NPs）的形貌研究结果。SEM图像显示银纳米颗粒具有不同形状（球形和长条形）及尺寸，呈现不规则结构（多数为团聚状，部分为分散状）。EDX光谱证实银纳米颗粒以其氧化物形式存在。

Conclusion（结论）

化学还原法制备的银纳米颗粒具有多形状、小粒径和高表面积的特点，因此在NRC光降解中表现出高催化活性。研究评估了光照时间、催化剂用量和初始染料浓度的影响：再生催化剂仍具显著降解能力（但活性略低于新鲜催化剂）；时间研究表明20分钟内可实现99.96%的最高降解率；催化剂用量和初始浓度对降解速率影响较小，但最高降解效率出现在高催化剂用量（0.03g）和低初始浓度（25 ppm）条件下。计算研究通过福井函数值表明染料分子通过N-C键断裂在银纳米颗粒上降解；自然原子电荷计算显示染料与Ag-NPs间存在显著电荷转移；吸附能计算证实化学吸附作用 destabilizes 染料分子，加速降解进程。