利用环保型ZnO纳米粒子制备技术增强光催化及抗菌活性

《Hybrid Advances》：Amplification of Photocatalytic and Antimicrobial Activities with Eco-Friendly ZnO Nanoparticle Preparation

绿色共沉淀法合成ZnO纳米粒子并评估其光催化与抗菌活性。采用五种植物提取物（Clerodendrum chinense、Canna indica等），通过XRD、FTIR、FESEM、TGA和UV-Vis分析确认纳米粒子的结晶结构、化学组成、形貌及光学特性。C2样品（Canna indica提取物）表现最优，光催化降解Congo Red效率达90.66%，且对S. aureus、L. monocytogenes等细菌抑制效果显著。TGA显示其热稳定性优于其他样品，FESEM证实其均匀球形结构。研究验证了植物提取物绿色合成ZnO纳米粒子的可行性与多功能性，适用于环境治理和生物医学领域。

　　锌氧化物纳米颗粒（ZnO-NPs）的绿色合成方法近年来受到越来越多的关注，因其在减少环境污染和提升材料性能方面的潜力。本研究旨在通过一种生态友好的绿色共沉淀法，利用五种不同的植物提取物制备ZnO-NPs，并评估其在抗菌和光催化方面的性能。该方法不仅避免了传统化学合成过程中可能涉及的有害化学物质和高能耗问题，还利用植物中的天然成分作为还原剂和稳定剂，从而提高纳米颗粒的生物活性和结构稳定性。

ZnO-NPs因其独特的物理和化学性质，在多个领域展现出广阔的应用前景，包括环境治理、生物医学和光电材料。这些纳米颗粒的特性，如晶体尺寸、微应变、表面形态和光学带隙，对它们的实际性能至关重要。为了准确评估这些特性，研究者采用多种模型对X射线衍射（XRD）数据进行了分析，包括Scherrer方程、LSLMSE模型、Monshi-Scherrer模型、Williamson-Hall模型、Size-strain图谱法以及Halder-Wagner模型。其中，Monshi-Scherrer模型在晶体尺寸估计方面表现最为准确，这为后续的性能评估提供了可靠的依据。

通过傅里叶变换红外光谱（FTIR）分析，研究人员确认了ZnO-NPs的稳定性和合成过程中涉及的功能基团。这些基团在纳米颗粒的表面起到关键作用，有助于其在光催化和抗菌应用中的性能提升。FTIR光谱显示，所有样品均显示出Zn-O伸缩振动的特征峰，而某些样品还表现出与C-O、O-H和C-N相关的峰，表明植物提取物中的生物活性成分在纳米颗粒的合成过程中发挥了重要作用。

在光催化活性测试中，研究者使用了10 ppm的 Congo Red 染料，并在可见光下评估了不同ZnO-NPs的降解效率。结果显示，C2样品在90分钟内达到了高达90.66%的降解效率，这表明其在有机污染物处理方面具有显著的优势。此外，通过热重分析（TGA），研究者评估了这些纳米颗粒的热稳定性，发现C2和P1样品在高温下表现出较好的稳定性，而C3样品则显示出较差的热稳定性。

利用场发射扫描电子显微镜（FESEM）对纳米颗粒的表面形态进行了观察。结果表明，所有ZnO-NPs呈现出不同的聚集状态和形态，如球形、近似球形、杆状、立方和不规则片状。C2样品的纳米颗粒具有更均匀的分布和较小的尺寸，这有助于提高其光催化和抗菌性能。此外，通过紫外-可见-近红外光谱（UV-Vis-NIR）分析，研究人员发现C2样品具有较小的光学带隙，这表明其在可见光下的光吸收能力更强，从而提升了其在光催化反应中的效率。

在抗菌测试中，ZnO-NPs对多种细菌表现出显著的抑制效果，包括金黄色葡萄球菌（S. aureus）、单核细胞李斯特菌（L. monocytogenes）和沙门氏菌（S. abony）。其中，C3样品在对抗沙门氏菌（S. abony）方面表现出最强的抗菌活性，而C2样品在对抗金黄色葡萄球菌和单核细胞李斯特菌方面表现尤为突出。这些结果表明，ZnO-NPs在生物医学领域具有潜在的应用价值。

综合以上分析，C2样品在多个方面表现出最佳性能，包括较高的结晶度、优异的光催化活性和显著的抗菌效果。其良好的热稳定性和均匀的表面形态使其成为环境和生物医学应用的理想候选材料。该研究不仅展示了绿色合成ZnO-NPs的可行性，还强调了其在可持续发展中的重要性。通过合理利用植物资源，这种合成方法为制备具有多功能性的纳米材料提供了一种环保且经济的途径。