基于合欢白千层叶提取物的生物源银纳米粒子环保微波合成：甲醛检测与光催化修复的双重功能

《Environmental Nanotechnology, Monitoring & Management》：Eco-friendly microwave synthesis of biogenic AgNPs using Albizia Falcataria leaf extract: dual functionality for formadehyde detection and photocatalytic remediation

　　

摘要

甲醛污染对环境和公众健康构成重大风险，迫切需要具备检测并消除有害残留物的技术。因此，研究人员利用Albizia falcataria（盾柱木/合欢）叶提取物（AFLE）通过微波辅助绿色合成法制备了一种多功能等离子体纳米平台，其中AFLE作为天然植物化学物质的来源，起到还原剂和稳定剂的作用。全面表征结果表明，成功合成了高结晶度、以球形为主的AgNPs，其平均核径为16.56 ± 3.75 nm，水动力学直径为22.6 ± 4.21 nm，银含量为96.25 wt%。在411 nm处观察到的局域表面等离子体共振（LSPR）峰进一步证实了纳米颗粒的形成。经过植物化学物质修饰的表面实现了双重功能：通过LSPR干涉实现甲醛的靶向检测，并在366 nm光照射下促进光催化氧化。该传感器具有1至1000 ppm的宽线性响应范围（r = 0.998），低检测限（LOD）为0.07 ppm，定量限（LOQ）为0.23 ppm，响应时间为10 min，相对标准偏差（RSD）为3.76%。其在五个月的储存期间保持性能稳定。光催化5小时后，AgNPs-AFLE对甲醛的降解率达到80.75%，遵循拟二级动力学（R² = 0.994）。氧化过程涉及羟基（•OH）和超氧（O?•^?）自由基的产生。在实际样品上的验证回收率在98.07%至101.33%之间，在受污染基质中降解率约为80%。这些发现表明，植物化学物质表面工程提供了一种简单的方法，将传感和修复功能整合到一种可持续的纳米材料中，从而无需复杂的异质结构制造或分离的监测和处理系统。这一进展增强了简便性，有助于实现可持续发展目标6（清洁水和卫生）。

引言

有害有机污染物向水生生态系统的排放日益增加，已成为一项日益增长的全球性关注问题，危及生态系统的可持续性和人类健康（Austin和Schoenberg，2024；Veerendra等，2026）。许多污染物具有高度持久性、迁移性，且对常规处理程序具有抗性（Sun等，2025）。因此，开发能够快速检测和有效修复毒素的可持续技术已成为环境研究的主要优先事项（Zhong等，2025；Han等，2026），特别是在推动绿色化学和循环环境管理方面。

在众多已开发的有害有机污染物控制技术中，光催化氧化和等离子体传感因其高效性、环境兼容性和可持续应用潜力而备受关注（Villarino等，2025；Guo等，2025）。基于半导体和金属的光催化剂可将太阳能或可见光能量转化为活性氧物种（ROS），将有机污染物氧化为危害较小的产物，使其成为传统物理化学处理工艺的一种有吸引力的替代方案（Sahu等，2024；Hermanto等，2024a）。与此同时，AgNPs因其强LSPR特性而成为有前景的等离子体传感材料，通过纳米颗粒表面周围局域介电环境的变化，实现快速、灵敏且试剂高效的光学检测（Ismillayli等，2026；Hermanto等，2026a）。然而，这两种技术大多作为独立系统进行分别研究，其中光催化剂主要用于污染物降解，等离子体AgNPs主要用于分析检测，这为开发能够同时监测和修复有害污染物的多功能纳米材料留下了巨大的发展空间。

然而，仍有若干关键问题亟待解决。此外，尽管利用各种植物提取物绿色合成AgNPs的研究已相当广泛，但生物源表面化学在AgNPs双重传感和光催化活性中的作用尚未得到充分阐明。特别是，植物化学物质介导的纳米颗粒形成、LSPR特征与紫外光诱导催化活性之间的关系尚不清楚。此外，尽管微波辅助绿色合成采用水基水果和叶提取物（AFLE）具有通过快速和节能加工产生高分散性和均匀结构AgNPs的潜力（Ismillayli等，2024a），但该方法尚未得到深入研究。

基于上述分析，我们假设在AFLE存在下进行微波辅助快速还原银离子（Ag⁺）可促进均匀分散的AgNPs的形成，具有有利的等离子体和表面特性，从而提高光学传感灵敏度和紫外光驱动的光催化活性。预计植物化学物质封端分子与等离子体AgNP表面之间的协同相互作用将提高纳米颗粒的稳定性（Hermanto等，2024b；Hermanto等，2024c；Ismillayli等，2025），促进高效的电荷转移，并在光照下促进ROS的产生，从而在单一纳米材料平台上实现双重环境功能。因此，本研究聚焦于利用绿色微波辅助方法合成AgNPs-AFLE，并仔细研究其物理化学特性、甲醛传感能力和光催化降解性能。

各部分片段

材料

硝酸银（AgNO?，≥99.0%，Sigma-Aldrich，美国）用作纳米颗粒的前驱体。传感和光催化降解研究使用了含有甲醛（HCHO，37%；Sigma-Aldrich，美国）的福尔马林溶液。在绿色合成过程中采集新鲜的Albizia falcataria（AF）叶片，作为植物化学物质的天然来源，起到稳定剂和还原剂的作用。甲醛检测使用希夫试剂（Schiff's reagent，一种在部分反应中产生的产物）。

结果与讨论

为阐明所制备纳米材料的结构-性能-功能关系，开展了全面的结构、形貌、光学和表面表征。包括紫外-可见光谱（UV-Vis）、傅里叶变换红外光谱（FTIR）、扫描电子显微镜-能量色散X射线光谱（SEM-EDX）、透射电子显微镜（TEM）、X射线衍射（XRD）和粒径测量在内的物理化学表征表明，成功合成了由AFLE植物化学物质稳定的高结晶度和均匀分散的AgNPs，如图1所示。

紫外-可见光谱（图1）

结论

本研究证明，利用AFLE的微波辅助绿色合成是一种有效的方法，可生产具有固有等离子体传感和光催化特性的植物化学物质功能化AgNPs。该传感器在1至1000 ppm的线性响应范围内，LOD为0.07 ppm，LOQ为0.23 ppm（r = 0.998），RSD为3.76%，且在五个月储存后性能保持稳定。此外，AgNPs-AFLE同时产生了•OH和O?•^?，成功实现了降解

CRediT作者贡献声明

Dhony Hermanto：撰写——原稿，方法学，概念构思。Mia Aulia Putri：调查研究，形式分析。Lely Kurniawati：项目管理，形式分析。Saprini Hamdiani：资源，方法学。Iwan Sumarlan：撰写——审阅与编辑，可视化。Rochmad Krissanjaya：软件，方法学。Julinton Sianturi：撰写——审阅与编辑，软件。Nurul Ismillayli：验证，调查研究，数据整理。

利益冲突声明

作者声明不存在任何已知的竞争财务利益或个人关系，这些关系可能影响本文所报告的工作。

致谢

本研究由马塔拉姆大学PNBP项目资助（合同编号：2661/UN18.L1/PP/2025和1696/UN18.L1/PP/2026）。

Dhony Hermanto|Mia Aulia Putri|Lely Kurniawati|Saprini Hamdiani|Iwan Sumarlan|Rochmad Krissanjaya|Julinton Sianturi|Nurul Ismillayli