Lepidium virginicum叶提取物介导绿色合成ZnO纳米颗粒：腐蚀抑制与可见光催化降解亚甲基蓝的多功能应用

《Next Nanotechnology》：Green synthesis of ZnO nanoparticles from Lepidium virginicum extract for anticorrosive applications and photocatalytic degradation of methylene blue

　　

目的：本研究旨在利用Lepidium virginicum叶提取物以环境友好途径合成氧化锌纳米颗粒（ZnO NPs），并考察其理化特征、防腐效率、光催化降解和抗氧化潜力。方法：通过优化ZnCl₂浓度、提取物与前驱体比例、pH、时间和温度合成ZnO NPs。采用傅里叶变换红外光谱（FTIR）、紫外-可见光谱、X射线衍射（XRD）、扫描电子显微镜-能量色散X射线光谱（SEM–EDX）、动态光散射（DLS）、高分辨透射电子显微镜（HRTEM）和Zeta电位对ZnO NPs进行表征。采用电化学阻抗谱（EIS）、动电位极化（PDP）和重量法评价其在0.5 M HCl中对低碳钢的腐蚀抑制性能。还研究了可见光照射下对亚甲基蓝（MB）的光催化降解，以及采用2,2-二苯基-1-苦基肼（DPPH）和2,2′-联氮-双(3-乙基苯并噻唑啉-6-磺酸)（ABTS）法测定的抗氧化活性。结果：优化合成条件为0.3 M ZnCl₂、提取物与前驱体比例3:2、pH 7、48 h和60 °C。XRD证实形成平均微晶尺寸22.5 nm的六方纤锌矿ZnO。HRTEM显示准球形颗粒主要位于20–25 nm范围，而DLS Z平均直径479.4 nm表明存在部分团聚。ZnO NPs的最大腐蚀抑制效率为EIS 93.79%、PDP 84.82%、重量法69.80%。MB降解率达到78.2%，DPPH和ABTS法显示浓度依赖性抗氧化活性。结论：Lepidium virginicum介导的ZnO NPs在腐蚀防护、光催化染料降解和抗氧化应用方面表现出有前景的多功能特性。为实际应用，仍需开展针对稳定性、矿化、表面化学和安全性的进一步研究。

Shivani Naik等围绕Lepidium virginicum叶提取物绿色合成ZnO NPs及其多功能性能开展研究。研究背景在于ZnO NPs因光学、电子、抗菌和催化性质受到关注，但传统合成可能涉及危险试剂、高温和高能耗；植物提取物中的植物化学物可参与前驱体络合、成核、生长和表面封端，且植物介导ZnO合成在光催化废水处理中已有报道。现有研究已涉及Euphorbia milii、Vitex negundo、Ficus carica、Moringa oleifera等植物来源，但Lepidium virginicum作为生物合成介质此前未被研究；该植物含酚类、黄酮、硫代葡萄糖苷、萜类等抗氧化代谢物，可能参与Zn²⁺络合、成核、表面封端和稳定。此外，植物源ZnO NPs的电化学防腐性能较少用EIS、PDP和失重法互补评价。研究人员因此开展绿色合成、条件优化、综合表征，并评价腐蚀抑制、MB光降解及DPPH/ABTS抗氧化活性；其意义在于以植物介导路线促进可持续纳米材料开发，并探索多功能应用，但可放大性、长期性能、环境安全性和实际适用性未评价。

关键技术与方法（不超过250字）：研究人员以Lepidium virginicum叶提取物与ZnCl₂进行绿色合成，用紫外-可见光谱相对吸收强度筛选ZnCl₂浓度、提取物/前驱体体积比、pH、反应时间和温度；采用FTIR、UV–Vis、XRD、SEM–EDS、DLS、HRTEM和Zeta电位表征；在0.5 M HCl中用EIS、PDP、Bode分析和重量法评价低碳钢腐蚀抑制；在可见光（300 W Xe灯，400–800 nm）下以UV–Vis监测λ_max≈664 nm处MB降解，并设光解和暗吸附对照；用DPPH和ABTS法评价抗氧化，部分实验n=3。无样本队列来源。

研究结果：3.1 优化合成：通过UV–Vis相对谱强度筛选，确定0.3 M ZnCl₂、3:2提取物/前驱体、pH 7、48 h、60 °C，支持ZnO NPs形成；该优化不独立证明粒径均一、纯度或长期胶体稳定性。3.2.1 FTIR分析：提取物O–H、C=O、C–N/C–O相关带在ZnO形成后发生位移，约690 cm^?1归为Zn–O振动，支持植物化学物参与前驱体相互作用和表面封端；重叠带限制确定归属。3.2.2 UV–Vis吸收：提取物约228和270 nm，ZnO NPs约275和321 nm；321 nm来源不能确证，可能涉及表面态、缺陷相关跃迁或残余植物化学物相互作用；谱差异支持纳米颗粒形成和植物化学物表面稳定。3.2.3 XRD：峰对应六方纤锌矿ZnO，a≈3.25 ?、c≈5.20 ?、c/a≈1.60，Scherrer法微晶约22.5 nm，位错密度约1.98×10¹⁵ m^?2；未进行可靠Williamson–Hall分析。3.2.4 Zeta电位：?18.21 mV，表明测量条件下有限静电排斥，残余植物化学物可能提供空间稳定；该值单独不建立胶体稳定性。3.2.5 DLS分析：Z平均水动力直径479.4 nm、PDI 0.3682，表明悬浮中部分团聚或宽分布；与XRD/TEM差异源于原理不同。3.2.6 SEM-EDS：颗粒不规则、团聚、粗糙多孔；Zn 55.85 wt%、O 21.97 wt%、C 17.77 wt%，碳归因于残余植物化学物封端。3.2.7 HRTEM-EDS：准球形、轻微团聚，主颗粒20–25 nm，具晶格衬度；37个颗粒的粒径分析为描述性分布；EDS确认Zn和O为主要元素。4.1 电化学分析：Nyquist半圆增大，10 mg ZnO NPs最高EIS抑制效率93.79%，20 mL提取物80.53%；更高NP浓度可能因团聚降低有效相互作用面积。4.2 Bode A和Bode B分析：最佳条件下相角响应最高且稳定，低频阻抗增大，支持形成限制腐蚀离子的屏障层。4.3 Tafel分析：ZnO NPs表现为混合型抑制剂，E_corr由?0.437 V变为?0.488 V vs. SCE，I_corr降低，PDP最大抑制效率84.82%；EIS与PDP差异源于测量原理。4.4 腐蚀抑制机理：原文提出静电吸附、化学吸附及植物化学物辅助表面保护共同作用；未做腐蚀后表面表征，各贡献未被直接证明。4.5 重量分析：ZnO NPs 10 mg、24 h最大69.80%，腐蚀速率4.49 mpy；提取物20 mL最大72.33%，2.54 mpy；与电化学结果一致。5.1 染料浓度影响：20 mg L^?1 MB效果最佳；高浓度因自遮蔽和光穿透降低而降低活性。5.2 ZnO剂量影响：2–10 mg范围内10 mg效果最高；光解和暗吸附对照可忽略，表明MB去除主要源于光催化。5.3 动力学分析：伪一级速率常数k=0.0168 min^?1，R²=0.99004；线性拟合不证明吸附控制或特定氧化途径。5.4 光催化机理：原文提出光生e^?_CB和h⁺_VB参与生成•O₂^?、•OH等ROS；特定ROS未直接鉴定或定量。6.1 DPPH法：浓度依赖性清除，最高92.7%，低于抗坏血酸，IC₅₀为17.5 mg；归因于电子转移和/或氢原子供体。6.2 ABTS法：浓度依赖性清除，最高86.09%，IC₅₀为7.7 mg；ABTS在低浓度更敏感，DPPH在高浓度最大抑制更高；未区分ZnO与残余植物化学物贡献。

讨论与局限：原文指出未进行晶格条纹、d间距、SAED和Williamson–Hall等详细晶体学分析，未用Tauc法确定光学带隙，未做腐蚀后SEM、EDS或XPS分析，因此保护膜机制主要基于电化学和重量证据；电化学、结构、光学和光催化测量为描述性解释；长期胶体稳定性、光催化剂可回收性、降解产物鉴定、矿化、生态毒性和放大未评价。

研究结论（译）：研究人员通过植物介导路线利用Lepidium virginicum叶提取物合成了ZnO NPs。XRD表明其为六方纤锌矿型ZnO，平均微晶尺寸约22.5 nm；HRTEM显示主颗粒主要位于20–25 nm。Zeta电位?18.21 mV和较大的DLS水动力直径与有限静电排斥及悬浮聚集一致；长期胶体稳定性未建立。ZnO NPs在0.5 M HCl中经EIS和PDP获得的最大腐蚀抑制效率分别为93.79%和84.82%，重量法24 h最大抑制效率为69.80%；EIS、PDP和重量法结果差异反映其测量原理和时间尺度不同。光催化实验显示ZnO NP-照射联合体系中MB去除高于光解和暗吸附对照。ZnO NPs还表现出浓度依赖性DPPH和ABTS自由基清除活性。上述结果说明Lepidium virginicum介导的ZnO NPs在腐蚀抑制、染料降解和自由基清除应用中具有多功能材料潜力；但在实际环境、工业或生物医学应用建立前，仍需开展光学带隙测定、腐蚀后表面表征、光催化剂重复使用、降解产物分析、长期稳定性和生物安全性研究。