《Next Nanotechnology》：Green synthesis and calcination effects of
Ocimum lamifolium leaf-derived CuO microstructure for efficient methylene blue degradation
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合成染料向水体中的持续排放已成为重大环境问题，因其具有持久性、毒性以及对常规废水处理工艺的耐受性。因此，开发高效且环境可持续的光催化剂用于降解染料污染物具有高度必要性。研究人员通过环境友好且经济可行的绿色合成途径，利用香樟（Ocimum lamiifolium
合成染料向水体中的持续排放已成为重大环境问题，因其具有持久性、毒性以及对常规废水处理工艺的耐受性。因此，开发高效且环境可持续的光催化剂用于降解染料污染物具有高度必要性。研究人员通过环境友好且经济可行的绿色合成途径，利用香樟（Ocimum lamiifolium）叶片提取物同时作为还原剂和封端剂，制备了氧化铜（CuO）微结构。植物化学分析揭示了多种生物活性成分的存在，这些成分在纳米颗粒的形成与稳定化中发挥了重要作用。采用X射线衍射（XRD）、紫外-可见光谱（UV-Vis）、傅里叶变换红外光谱（FTIR）和扫描电子显微镜（SEM）对CuO结构进行了表征。XRD结果确认了单斜晶相，平均晶粒尺寸为21.5 nm，比表面积为44.3 m2g?1，结晶度为83.4%。UV-Vis光谱在约380 nm处显示吸收边，对应直接带隙能量范围为1.9–3.8 eV。FTIR分析在约580 cm?1处识别出特征性的Cu–O伸缩振动。SEM显微照片显示颗粒形貌不规则。通过监测亚甲基蓝（MB）在可见光照射下的降解来评估CuO纳米颗粒的光催化性能。在300 °C下煅烧的样品在120 min照射后表现出最高的去除效率，达85.4%。降解过程遵循准一级反应动力学，速率常数为0.0165 min?1。此外，该催化剂保持了良好的可重复使用性，在四次连续循环后效率仅下降3.5%，突显了其在废水修复应用中的适用性。
一、研究背景与意义
随着全球工业化进程的加速，纺织、造纸、化妆品、涂料及食品加工等行业大量排放含合成染料的废水，对水生态系统和公共健康构成严重威胁。亚甲基蓝（MB）作为典型的阳离子染料模型污染物，因其化学稳定性高、对常规降解工艺具有抗性而被广泛用于光催化研究。传统纳米材料制备方法（化学法和物理法）往往依赖有毒试剂、昂贵溶剂及额外稳定剂，不仅增加生产成本，还可能引发次生环境风险。因此，开发绿色、可持续的纳米材料合成路线成为环境修复领域的研究热点。半导体光催化技术因其高效、环境友好而被视为分解有机染料污染物的理想途径。在众多半导体材料中，氧化铜（CuO）凭借适宜的带隙特性、可见光吸收能力、成本低廉及优异的催化性能而备受关注。植物介导的绿色合成方法利用可再生植物材料同时充当还原剂和稳定剂，其中植物次生代谢产物（如黄酮类、生物碱、鞣质、皂苷等）在调控纳米颗粒的成核、生长与稳定化过程中发挥关键作用。尽管已有研究利用香樟叶提取物合成CuO，但系统评估其可见光驱动降解亚甲基蓝性能、煅烧温度影响、反应动力学、可回收性及活性物种的研究尚属空白。本研究正是针对这一缺口，开展了系统性的绿色合成与光催化性能评价工作。
二、研究内容与主要技术方法
研究人员采用环境友好的绿色合成路线，以五水硫酸铜（CuSO?·5H?O）为铜源，利用香樟叶水提物（10% w/v）作为还原剂和封端剂，在pH 11、70 °C条件下搅拌反应4 h，经离心、干燥后分别在300 °C、400 °C和500 °C下煅烧2 h获得CuO微结构。研究采用多种表征技术：X射线衍射（XRD）分析晶体结构与晶粒尺寸；紫外-可见光谱（UV-Vis）测定光学吸收特性并利用Tauc曲线计算带隙能量；傅里叶变换红外光谱（FTIR）识别特征官能团；扫描电子显微镜（SEM）观察颗粒形貌。光催化性能测试以10 ppm亚甲基蓝溶液为模型污染物，在200 W紫外-可见灯照射下进行，通过监测663 nm处吸光度变化计算降解效率，并采用准一级Langmuir-Hinshelwood模型进行动力学分析。
三、研究结果
3.1 植物化学筛选结果
对香樟叶水提物进行定性植物化学分析，结果显示提取物中含有生物碱、鞣质、黄酮类、苷类、甾体、萜类及酚类化合物，其中鞣质和酚类含量较高，皂苷未检出。这些次生代谢产物的存在支持其在CuO绿色合成中参与还原、成核及稳定化过程。
3.2 UV-Vis光谱分析结果
香樟叶提取物在335 nm处显示最大吸收峰，而合成的CuO微结构在约380 nm处呈现明显吸收峰，证实CuO成功形成。与块体CuO相比，吸收峰发生蓝移，表明颗粒尺寸减小至微纳尺度。通过Tauc图计算得到直接带隙能量范围为1.9–3.8 eV，带隙增大与晶粒尺寸减小、表面缺陷及氧空位以及植物源有机分子封端作用相关，表明该材料适用于可见光光催化应用。
3.3 X射线衍射分析结果
XRD图谱在2θ值为32.5°、35.6°、38.7°、48.7°、50.5°、58.3°、61.7°、66.3°、68.1°、74.2°和75.3°处显示衍射峰，分别对应(110)、(?111)、(111)、(?202)、(020)、(202)、(113)、(022)、(311)和(004)晶面，确认单斜晶体结构（JCPDS No. 048–1548）。尖锐且强烈的衍射峰表明结晶度良好，无Cu?O或Cu(OH)?杂峰，证实产物高纯度。根据Debye-Scherrer公式计算平均晶粒尺寸为21.5 nm，X射线密度为6.3 g/cm3，比表面积为44.3 m2/g，有利于光催化反应。
3.4 光催化降解性能结果
光催化实验表明，在300 °C下煅烧的CuO样品表现出最优降解性能，120 min可见光照射后亚甲基蓝去除效率达85.4%。降解过程符合准一级反应动力学，速率常数为0.0165 min?1。催化剂可重复使用性良好，经四次连续循环后效率仅下降3.5%，表明其在实际废水处理中具有良好的应用潜力。
四、结论
本研究成功利用香樟叶提取物通过绿色合成方法制备了具有单斜晶相、平均晶粒尺寸21.5 nm、比表面积44.3 m2/g的CuO微结构。植物化学分析证实提取物中丰富的生物活性成分在纳米颗粒形成与稳定中发挥关键作用。300 °C煅烧样品在可见光下对亚甲基蓝表现出85.4%的降解效率，遵循准一级动力学，且具有优异的循环稳定性。该研究为利用植物介导绿色合成策略开发高效、经济、环境友好的CuO光催化剂用于染料废水治理提供了科学依据，拓展了香樟叶在环境修复领域的应用价值。
