《Results in Chemistry》：Green synthesis of ZnO and ag- ZnO nanocrystalline materials: Optical band gap engineering and multi-model XRD size–strain investigation.
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本文报道了一种利用Phanera variegata叶提取物绿色合成ZnO纳米颗粒(ZnO NPs)和银掺杂氧化锌纳米复合材料(Ag-ZnO NCs)的新方法。研究人员通过UV-Vis光谱和XRD多模型分析，系统研究了材料的微观结构特性，发现Halder-Wagner模型和尺寸-应变图(SSP)方法在晶体尺寸分析方面最为可靠。该研究为绿色合成纳米材料提供了新的表征方法学参考，在光催化、传感等领域具有应用潜力。
在纳米技术蓬勃发展的今天，绿色合成方法因其环境友好、操作简单和成本低廉等优势备受关注。特别是氧化锌(ZnO)纳米材料，作为重要的半导体材料，在光催化、传感等领域展现广阔应用前景。然而，传统化学合成方法往往使用有毒试剂，对环境不友好。同时，纳米材料的性能很大程度上取决于其微观结构特征，如晶体尺寸和晶格应变等，因此开发准确的表征方法至关重要。
在这项发表于《Results in Chemistry》的研究中，Md. Solaman Mia等人开发了一种利用Phanera variegata（兰花）叶提取物绿色合成ZnO纳米颗粒(ZnO NPs)和银掺杂氧化锌纳米复合材料(Ag-ZnO NCs)的方法。该研究不仅成功合成了目标材料，还系统比较了多种X射线衍射(XRD)模型在分析微观结构参数方面的准确性。
研究人员采用的主要技术方法包括：使用植物提取物进行绿色合成、紫外-可见光谱(UV-Vis)分析光学性质、X射线衍射(XRD)进行晶体结构表征，以及扫描电子显微镜(SEM)观察形貌特征。通过多模型XRD分析，包括Scherrer方程、Williamson-Hall方法、Halder-Wagner模型和尺寸-应变图(SSP)方法等，系统评估了材料的晶体尺寸、晶格应变等参数。
3.1. UV分析
通过UV-Vis光谱和Tauc图分析，研究人员确定了合成的ZnO NPs和Ag-ZnO NCs的光学带隙。结果表明，ZnO NPs的带隙为2.70-2.96 eV，而Ag-ZnO NCs的带隙为2.97-3.13 eV。掺杂银后出现的蓝移现象可通过Burstein-Moss效应解释，这与半导体中费米能级的移动相关。
3.2. 官能团分析
FTIR分析证实了植物提取物中的生物分子在纳米粒子形成过程中起到了还原和封端剂的作用。合成后的纳米材料表面保留了多酚类化合物，这有助于材料的稳定性。
3.3. 使用X射线衍射进行晶体学分析
XRD图谱显示合成的ZnO NPs具有六方晶系结构，与标准卡片(JCPDS No. 00-005-0664)一致。Ag-ZnO NCs中出现了额外的衍射峰，表明白银成功掺杂到ZnO晶格中。
3.4. Debye Scherrer方程
通过Scherrer方程计算得到ZnO-3和NC-1%的平均晶体尺寸分别为38 nm和15.54 nm，表明白银掺杂有效减小了晶体尺寸。
3.5. Scherrer方程的线性直线方法
该方法基于完美晶体假设，计算得到的晶体尺寸分别为138.6 nm（ZnO-3）和693 nm（NC-1%），但由于数值超过100 nm，其可靠性存在疑问。
3.6. Monshi–Scherrer方法
该改进方法通过最小二乘法减少系统误差，计算得到ZnO-3和NC-1%的晶体尺寸分别为46.24 nm和16.32 nm，结果更为合理。
3.7. Williamson-Hall方法（均匀变形模型，UDM）
该模型同时考虑了晶体尺寸和晶格应变的影响，计算表明ZnO-3和NC-1%的晶格应变分别为0.0022和0.0096，均为张应变。
3.9. Halder-Wagner方法
该方法通过Voigt函数更准确地区分尺寸和应变效应，计算得到ZnO-3和NC-1%的晶体尺寸分别为56.8 nm和8.17 nm。
3.10. 尺寸-应变图方法
SSP方法被认为是分析各向同性系统中最准确的方法之一，计算得到ZnO-3和NC-1%的晶体尺寸分别为51.33 nm和7.37 nm。
3.11. 晶格参数
通过Nelson-Riley方法计算晶格参数，ZnO-3和NC-1%的晶格参数a分别为2.65 ?和4.23 ?，参数c分别为4.77 ?和4.67 ?。
3.12. 位错密度估算
位错密度计算表明，NC-1%的位错密度(6.737×10-3nm-2)高于ZnO-3(7.488×10-4nm-2)，表明白银掺杂引入了更多晶体缺陷。
3.13. 形貌指数(MI)估算
形貌指数分析显示，ZnO-3和NC-1%的MI值分别为0.5-0.621和0.59-0.87，反映了材料的不同形貌特征。
3.14. ZnO纳米颗粒和Ag-ZnO纳米复合材料的形貌研究
SEM分析表明，ZnO NPs呈现棒状结构，而Ag-ZnO NCs为球形结构，表明白银掺杂改变了材料的形貌。
该研究通过系统比较多种XRD分析方法，证实Halder-Wagner模型和尺寸-应变图(SSP)方法在分析绿色合成纳米材料微观结构方面具有明显优势。研究不仅为绿色合成ZnO基纳米材料提供了新方法，还为准确表征纳米材料微观结构建立了可靠的方法学基础。这些发现在光催化、气体传感等功能材料开发领域具有重要应用价值。特别是对于各向同性系统，SSP方法能够提供更准确的晶体尺寸和应变信息，而Halder-Wagner方法在处理高角度峰重叠时表现优异。这些方法学见解对纳米材料研究领域具有重要指导意义。
