《Materials Today Communications》：Biosynthesis of ZnO and Ag-doped ZnO Nanoparticles Using
Citrus sinensis (orange) Peel Extract: A Comprehensive Investigation of the Effect of Silver (Ag) on the Structural, Photocatalytic, and Antibacterial properties.
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本研究采用橙皮提取物绿色合成纯ZnO及Ag掺杂ZnO纳米颗粒（NPs），系统探究银掺杂浓度（0.5%、3%、8.5%）对材料结构、光催化及抗菌性能的调控作用。结果表明，3% Ag-ZnO NPs具有最优的可见光响应性（带隙窄化至3.14 eV）和抗菌活性（对金黄色葡萄球菌抑制圈达16 mm），其对甲基橙的90分钟光降解率高达88.48%。该研究为农业废弃物资源化利用和高性能环境修复材料的开发提供了新策略。
随着工业废水中有机染料和病原微生物污染的日益严重，开发高效、低环境负荷的新型功能材料成为研究热点。氧化锌（ZnO）纳米颗粒因其宽带隙（约3.37 eV）和优异的光催化、抗菌性能而备受关注，但其仅能利用紫外光（占太阳光谱5-7%）及高电子-空穴对复合率限制了实际应用。银（Ag）掺杂被证明是调控ZnO电子结构、增强可见光吸收的有效策略，但传统化学合成方法存在污染重、能耗高问题。与此同时，全球柑橘年产量超4800万吨，产生大量橙皮废弃物，其富含黄酮、多酚等生物活性成分，可作为绿色合成的还原剂和稳定剂。如何通过可持续方法精准调控Ag-ZnO纳米材料的结构与功能，并阐明掺杂浓度与性能的构效关系，是当前研究的难点。
为解决上述问题，孟加拉国拉杰沙希工程技术大学玻璃与陶瓷工程系的Molla Anik、Hoque Md Minhazul等研究人员在《Materials Today Communications》发表论文，报道了以柑橘（Citrus sinensis）橙皮提取物为生物模板，通过绿色合成法制备纯ZnO及不同Ag掺杂浓度（0.5%、3%、8.5%）的Ag-ZnO纳米颗粒，系统研究Ag掺杂对材料微观结构、光学性质、热稳定性、光催化及抗菌性能的影响。研究发现，3% Ag掺杂量在带隙窄化（3.14 eV）、结晶度（75.3%）和颗粒均匀性（平均尺寸54.51 nm）间取得最佳平衡，其光催化降解甲基橙（MO）效率在90分钟内达88.48%，对革兰氏阳性菌（金黄色葡萄球菌）和革兰氏阴性菌（大肠杆菌）的抑菌圈分别达16 mm和12 mm，显著优于纯ZnO及其他掺杂样品。该研究为农业废弃物高值化利用和绿色功能材料设计提供了新思路。
研究团队采用多种表征技术联用策略：通过X射线衍射（XRD）分析晶体结构，采用Scherrer公式、Williamson-Hall模型和尺寸-应变图（SSP）计算晶粒尺寸与晶格应变；场发射扫描电镜（FESEM）结合能谱仪（EDX）观察形貌与元素分布；紫外-可见光谱（UV-Vis）计算光学带隙；热重-差热分析（TG/DT）评估热稳定性；傅里叶变换红外光谱（FT-IR）鉴定表面官能团。功能评价包括：以甲基蓝（MB）和甲基橙（MO）为模型污染物，在紫外光下测试光催化性能；通过纸片扩散法测定对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抗菌活性。
微观结构分析表明，所有样品均为六方纤锌矿结构，Ag掺杂引起（101）晶面衍射峰向低角度偏移，证实Ag+（离子半径1.26 ?）替代Zn2+（0.74 ?）引起晶格膨胀。SSP模型计算显示，随着Ag掺杂量从0%增至8.5%，晶粒尺寸从37.41 nm减小至24.24 nm，而位错密度增加，表明Ag引入晶格畸变抑制晶粒生长。FESEM显示纯ZnO为伸长状颗粒，Ag掺杂后转变为扭曲球形，3% Ag-ZnO具有最佳形貌均一性。EDX谱图验证Zn、O及Ag元素的存在，无杂质峰。
光学性能研究发现，Ag掺杂引起吸收边红移，带隙从纯ZnO的3.19 eV降至8.5% Ag-ZnO的3.09 eV，归因于Ag引入的中间能级和氧空位缺陷。热分析表明，Ag掺杂提升材料热稳定性，8.5% Ag-ZnO在800°C下重量损失仅4%（纯ZnO为13%），DT曲线中563°C的放热峰提示Ag促进晶体生长相变。
抗菌实验显示，所有纳米颗粒的抑菌圈随浓度（100-300 μg/mL）增大而扩大。3% Ag-ZnO表现最优，对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌的抑菌圈分别为16 mm和12 mm，优于纯ZnO（12 mm/10.5 mm）。机制上，Ag掺杂减少电子-空穴对复合，促进活性氧（ROS）生成，且小尺寸颗粒（54.51 nm）增大细菌膜接触面积。但过量Ag（8.5%）导致颗粒团聚，反而降低抗菌效能。
光催化降解实验中，3% Ag-ZnO对MO的降解率（88.48%）显著高于MB（36.37%），因MO为阴离子染料，与带正电的Ag-ZnO（ζ电位+32.6 mV）产生静电吸引。动力学分析符合准一级模型，3% Ag-ZnO降解MO的速率常数（0.02513 min-1）为纯ZnO（0.00206 min-1）的12倍，半衰期从336.48分钟缩短至27.58分钟。Ag的肖特基势垒作用延缓载流子复合，但过量Ag（8.5%）成为复合中心，导致性能下降。
该研究通过绿色合成实现了Ag-ZnO纳米颗粒的结构与功能精准调控，明确3%为最优掺杂浓度。材料在带隙窄化、结晶度、颗粒尺寸及表面电荷间达到平衡，从而协同增强光催化与抗菌性能。研究不仅为柑橘废料资源化提供范例，更揭示了Ag掺杂浓度与ZnO性能的非线性关系，对设计高效环境修复材料具有指导意义。未来工作可深入探究ROS生成路径、催化剂循环稳定性及实际水体净化应用。
