利用绿色合成方法制备的Ag–CuO纳米颗粒，可在可见光作用下实现染料降解及对Nyctanthes arbor-tristis菌的抑制作用

《Next Materials》：Green-synthesized Ag–CuO nanoparticles for visible-light-induced dye degradation and microbial inhibition using Nyctanthes arbor-tristis

　　乌兹玛·纳兹·安沃尔 | S. 斯里尼瓦桑
安纳马莱大学化学系，安纳马莱纳加尔，泰米尔纳德邦 608002，印度

**摘要**
日益增加的含染料废水排放，加上传统光催化剂的局限性和对环境有害的合成路径，对可持续的环境修复构成了重大挑战。在这项工作中，我们首次报道了使用金丝桃（Nyctanthes arbor-tristis）叶提取物合成银-铜氧化物（Ag–CuO）纳米颗粒的创新绿色方法，引入了一种生物来源的、环保的制备多功能纳米材料的途径。结构表征证实形成了平均晶粒大小为29.83纳米的结晶球形纳米颗粒，并且其带隙为2.35电子伏特，适用于可见光驱动的应用。合成的纳米颗粒表现出显著的光催化活性，在可见光下能降解75%的结晶紫染料。GC-MS分析证实了染料分子被氧化分解为毒性较低的中间产物，而光催化后的XRD和FTIR分析验证了催化剂的结构完整性。此外，这些纳米颗粒在连续使用五个循环后仍保持约70%的效率，证明了其稳定性和可重复使用性。此外，这些纳米颗粒还显示出显著的抗菌、抗真菌和抗氧化特性，从而扩展了它们在环境和生物医学领域的应用潜力。这项研究突出了一种可持续且创新的纳米平台，结合了绿色合成、强大的光催化效率、可重复使用性和生物医学相关性，使其成为实际应用中的有希望的候选材料。

**1. 引言**
合成染料、有机污染物和致病微生物的无控制排放仍然是水污染的重要原因之一，也是21世纪最大的环境问题之一。由于这些化学和生物污染物对人类和生态健康构成了严重威胁，因此需要快速有效的净水技术[1]。尽管膜过滤、活性炭吸附、混凝絮凝和生物消毒是常规处理技术；然而，它们经常面临高运行成本、低降解效率、污泥形成和潜在的二次污染等问题[2]。近年来，纳米技术作为一种有前景的替代方案出现，提供了具有增强表面积、反应性和多功能性的材料[3]。在探索的各种纳米结构中，金属氧化物和掺杂金属氧化物纳米颗粒（如CuO、ZnO和TiO?）因其在可持续条件下降解染料和病原体的光催化、抗菌和吸附能力而受到关注[4]。值得注意的是，镀银的铜氧化物（Ag–CuO）纳米颗粒在可见光或紫外线下表现出双重功能，既能降解染料又能消毒微生物。银的引入通过膜破裂、协同ROS生成和离子释放增强了CuO的氧化还原潜力和广谱抗菌活性。在这项研究中，使用金丝桃叶提取物通过绿色方法合成了Ag–CuO纳米颗粒，为废水处理提供了环保且经济的多功能纳米材料途径[5]。选择金丝桃叶提取物是因为它含有丰富的植物化学成分，包括酚类化合物、黄酮类、萜类和鸢尾苷类，这些成分在绿色纳米颗粒合成中作为有效的还原和稳定剂。此外，这种植物广泛可用，对环境无害，并且在Ag–CuO纳米复合材料的合成方面尚未被充分探索，因此为本研究提供了可持续性和新颖性[6]。之前使用波斯冬青（Heracleum persicum）[7]和番石榴（Psidium guajava）[8]叶提取物进行的绿色合成研究也显示了类似的双重功能，这归因于增强的光吸收、更大的表面积和协同的离子动力学。此外，植物提取物中的植物化学物质作为天然的还原和稳定剂，通常具有抗氧化等内在生物活性，从而提高了纳米颗粒的生物相容性[9]。绿色合成技术的最新进展使得对颗粒形态和结晶度的可重复控制成为可能，这是提高可见光驱动光催化性能的关键因素[10]。因此，通过植物介导方法得到的Ag–CuO纳米颗粒代表了一种可行的、可持续且低毒性的选项，适用于净化受染料和病原体污染的水系统[11]。诸如UV-Vis、FTIR、XRD、SEM/TEM和XPS等表征技术对于确认颗粒形态、组成和光学性质至关重要，这些都与光催化和抗菌活性密切相关[12]、[13]、[14]、[15]。尽管在绿色纳米材料合成方面取得了进展，但很少有研究同时探讨了单一Ag–CuO系统的光催化和抗菌效果。此外，像金丝桃这样的未充分利用的药用植物在作为Ag–CuO纳米复合材料的生物合成前体方面仍大体上未被探索[16]。金丝桃传统上因其抗菌和抗氧化特性而用于医药领域，本研究通过使用其叶提取物来制备Ag–CuO纳米颗粒，证明了其在可见光下高达约75%的出色光催化降解效果、抗菌和抗真菌效果，以及五次循环后的约70%的可重复使用性。全面的表征证实了成功的掺杂和功能性能，进一步凸显了这种绿色工程纳米材料的生物医学潜力。

**2. 实验程序**
2.1. **材料**
所有使用的化学品，包括五水合硫酸铜（CuSO?·5H?O）、硝酸银（AgNO?）、甲基紫10B、氢氧化钠（NaOH，CAS: 1310–73–2）和盐酸（HCl，CAS: 7647–01–0），均为分析试剂级（A.R.）纯度（≥99%，由制造商提供）。CuSO?·5H?O和AgNO?来自Sigma-Aldrich（印度），而甲基紫10B、NaOH和HCl来自印度科钦的Nice Chemicals Pvt. Ltd.。整个实验过程中使用了Whatman No. 40过滤纸。
2.2. **金丝桃叶提取物的制备**
新鲜的金丝桃叶从印度泰米尔纳德邦的Chidambaram采集，彻底清洗后晾干一周。干燥后的叶子研磨成粉末，10克与100毫升去离子水在60°C下回流1小时。混合物用Whatman No. 1过滤纸过滤，然后将提取物存放在4°C下用于Ag–CuO纳米颗粒的合成[18]。
2.3. **Ag–CuO纳米颗粒的制备**
使用金丝桃叶提取物作为还原和稳定剂，通过绿色方法制备了镀银的CuO纳米颗粒。AgNO?（1.68克，0.01摩尔）和CuSO?·5H?O（2.49克，0.1摩尔）分别溶解在双蒸水中，在37°C下恒速搅拌下混合等体积（各50毫升）。逐滴滴加植物提取物，搅拌4小时后孵育24小时。提取物中的植物化学物质迅速与Ag?反应将其还原为Ag?，从而抑制了不溶性银盐（如Ag?SO?）的形成。同时，Cu2?物种在热处理过程中发生可控水解并转化为CuO。选择温和的反应温度是为了保持植物化学活性，同时确保均匀成核和生长。生成的沉淀物通过离心（7000 rpm）收集，用去离子水彻底洗涤，在150°C下烘干6小时，然后煅烧以获得结晶Ag–CuO纳米颗粒。总体合成策略包括植物化学辅助的Ag?还原、CuO的控制形成和合成后的热处理，遵循了先前报道的使用植物提取物的Ag–CuO纳米颗粒绿色合成协议[19]、[20]。合成条件有利于在CuO表面形成Ag纳米颗粒，而不是替代或间隙嵌入。
2.4. **表征技术**
使用多种分析技术对生物合成的Ag–CuO纳米颗粒进行了全面表征。使用Shimadzu UV-3600分光光度计（日本）记录UV-DRS光谱，参考物质为BaSO?，波长范围为200–800纳米。FTIR分析使用PerkinElmer Spectrum仪器和KBr颗粒方法进行。XRD图案使用D/max-RC衍射仪获得，辐射波长为Cu-Kα（λ = 1.5418 ?），操作电压为40 kV，电流为20 mA，扫描范围为20°–80°。表面形态和元素组成通过配备EDS探测器的SEM（JEOL JSM-IT200）分析；样品滴涂在碳带上并干燥。DLS测量使用Malvern Analytical粒径分析仪在25°C的去离子水中进行。HRTEM图像使用Techni G2 2505-Twin显微镜在200 kV下获得，LeB?/W发射器，放大倍数为25X–1030KX。原子力显微镜（AFM）通过Nano surf Flex AFM系统研究了合成纳米颗粒的表面形貌和粗糙度。XPS分析在印度班加罗尔使用Thermos Fisher Scientific K-Alpha XM1000系统进行，辐射波长为Al Kα（1483 eV），操作电压为300 W，电流为20 mA，基压为5 × 10?? mbar。对于XPS，样品滴涂在干净的硅片上。
2.5. **光催化活性评估**
在可见光下使用Ag-CuO纳米颗粒（0.2克/升）对结晶紫（2 × 10?? M，50毫升）进行光催化降解。超声处理10分钟以分散纳米颗粒，然后在黑暗中搅拌30–40分钟以达到吸附-解吸平衡，将反应混合物暴露在150瓦钨卤素灯下。所有光催化实验在室温（30 ± 2°C）下进行，并持续磁力搅拌以确保催化剂均匀分散和光照均匀。未使用光学截止滤光片，使用钨卤素灯的全发射光谱进行照射。对照实验在没有光催化剂的情况下在相同条件下进行，以确认染料降解完全由光催化作用引起。每隔10分钟抽取5毫升样品，离心后使用UV–vis分光光度计（200–800纳米）进行分析。降解程度通过可见光区域（约590–600纳米）的吸光度降低来监测，效率（%）计算公式如下：
(1)% Degradation = (A0 ? At) / A0 × 100
其中A0和At分别为初始和随时间变化的吸光度值。关于pH值、剂量、染料浓度、温度、可重复使用性和GC-MS分析的进一步研究在结果部分讨论。对于GC-MS分析，在照射60分钟后收集5毫升降解后的染料溶液，通过0.22微米膜过滤后直接注入气相色谱-质谱系统（Agilent GC–MS 7890B/5977 A），配备HP-5MS柱进行保留时间和峰面积分析。
2.6. **生物活性**
2.6.1. **抗菌活性评估**
从印度金奈SRM学院和研究中心的微生物学部门获取临床病原体，包括金黄色葡萄球菌（S. aureus）、粪肠球菌（E. faecalis）、肺炎克雷伯菌（K. pneumoniae）和大肠杆菌（E. coli）。使用琼脂盘扩散法[21]评估绿色合成纳米颗粒的抗菌活性。细菌悬浊液用0.5 McFarland标准液标准化至1 × 10? CFU/mL，并涂布在Mueller-Hinton琼脂平板上。孔径为6毫米的孔中加载250、500和1000微克/毫升的纳米颗粒浓度。DMSO作为阴性对照，而20微升氨苄西林作为阳性对照。平板在37°C下孵育24小时，测量抑制圈直径（以毫米为单位）。所有实验均在相同条件下重复三次，使用校准的数字Vernier卡尺测量抑制圈直径以确保准确性和可重复性。抑制百分比按照标准公式[22]计算。
2.6.2. **抗真菌活性评估**
使用来自印度浦那国家化学实验室（NCL）的白色念珠菌（Candida vulgaris，MTCC 7306）和黄曲霉（Aspergillus flavus，MTCC 277）评估绿色合成纳米颗粒的抗真菌效果。采用Sabouraud Dextrose Agar（SDA）平板和0.3毫升的真菌悬浮液进行琼脂盘扩散法。无菌的6毫米Whatman No. 3过滤纸盘在无菌条件下加载10微克/毫升的纳米颗粒溶液，浓度分别为60、80和100微克/毫升。氟康唑作为阳性对照。平板在37°C下孵育24小时，测量抑制圈直径。所有实验均在相同条件下重复三次，使用校准的数字Vernier卡尺测量抑制圈直径以确保准确性和可重复性。抑制百分比按照抗细菌活性测定中使用的相同标准公式[23]计算。
2.6.3. **使用DPPH自由基清除法评估抗氧化活性**
使用DPPH（1,1-二苯基-2-吡啶肼）自由基清除法评估合成Ag–CuO纳米颗粒的抗氧化活性，517纳米处的吸光度降低表明自由基清除潜力增强[24]。在甲醇中制备0.1毫摩尔的DPPH储备溶液。将2毫升此溶液与2毫升纳米颗粒样品在甲醇中混合。混合物在室温下黑暗中孵育，使用UV–vis分光光度计在517纳米处记录吸光度。所有测量在室温下固定孵育30分钟后进行，每次实验重复三次以确保可重复性和统计可靠性。抗坏血酸用作参考标准。抗氧化活性按照以下公式计算：
(3) Inhibition (%) = Ac ? At / Ac × 100
其中Ac是对照组的吸光度，At是测试组的吸光度。紫外漫反射光谱（UV-DRS）显示，Ag–CuO纳米颗粒在237纳米处有一个吸收峰，这归因于CuO基质中Ag的表面等离子体共振（SPR）（图1）。利用Kubelka-Munk函数和Tauc图分析，估计带隙从未掺杂CuO的3.14电子伏特减小到Ag–CuO纳米颗粒的2.35电子伏特，表明Ag成功掺入并增强了可见光吸收。这种带隙的减小有助于改善电荷分离，从而有利于提高光催化性能。先前的一项绿色合成研究也报告了类似的带隙减小现象，从2电子伏特减小到1.7电子伏特[26]，这支持了Ag在改变CuO光学性质中的作用。下载：下载高分辨率图像（279KB）下载：下载全尺寸图像图1. 合成的CuO纳米颗粒和Ag修饰的CuO纳米颗粒的UV-DRS反射光谱以及合成材料(a) CuO和(b) Ag–CuO纳米颗粒的带隙能量。3.2. X射线衍射（XRD）X射线衍射（XRD）用于确定合成Ag-CuO纳米颗粒的结构性质、结晶度和相组成。如图2所示，在（110）、（111）、（112）、（021）、（311）、（220）和（200）平面观察到了明显的衍射峰，证实了良好结晶的Ag–CuO纳米颗粒的形成。这些峰与JCPDS卡片编号87–0720（面心立方Ag）和05–0661/48–1548（单斜CuO）相匹配，验证了两种相的共存。衍射图案与选区电子衍射（SAED）结果一致，进一步支持了样品的多晶性质。使用Debye–Scherrer方程计算平均晶粒尺寸为29.83纳米，晶格参数（α = 4.688 ?, β = 3.422 ?, δ = 5.131 ?）与单斜CuO一致。结构结果与先前的报告相符，例如，Ephedra intermedia介导的合成方法产生了类似的Ag–CuO纳米颗粒衍射平面[27]，而基于多元醇的化学路线产生了大约24纳米的Ag–CuO纳米颗粒[28]。尽管合成路线不同，但一致的晶体学特征增强了Ag–CuO纳米颗粒的相稳定性。这里观察到的高结晶度和明确的相形成对于提高表面活性和电荷迁移率至关重要，这对光催化和生物医学应用都非常有利。下载：下载高分辨率图像（288KB）下载：下载全尺寸图像图2. (a) Ag–CuO纳米颗粒的XRD图像 (b) 未掺杂的CuO以及(c) 合成的Ag–CuO纳米颗粒的SAED排列。3.3. 傅里叶变换红外辐射（FTIR）光谱分析FTIR分析用于识别参与纳米颗粒形成和稳定的官能团（图3）。Nyctanthes arbor-tristis叶提取物显示出特征峰，分别在3428.7 cm?1（酚类/醇类的O–H伸缩）、2928.8 cm?1（C–H伸缩）、1636.9 cm?1（CO伸缩）、1380.0 cm?1（C–H弯曲）和1043.5 cm?1（C–O伸缩），表明存在作为还原和稳定剂的植物化学物质。这些官能团是Nyctanthes arbor-tristis叶提取物中主要生物分子成分的特征，包括酚类化合物、黄酮类、萜类和鸢尾苷类。羟基（–OH）和羰基（CO）官能团有助于将Ag?还原为Ag?，而C–O和芳香官能团有助于表面封盖和 growing Ag–CuO纳米颗粒的稳定。这种植物化学辅助的还原和稳定机制在植物介导的金属和金属氧化物纳米材料的绿色合成中已有广泛报道[29][30]。在608.4 cm?1处的一个峰暗示了早期的金属-氧相互作用。Ag–CuO纳米颗粒的光谱显示出明显的位移，表明在3257 cm?1处有宽的O-H伸缩峰，以及在2117、1626.9和1480 cm?1处的峰，表明保留了如酰胺和芳香官能团等植物化学物质。在627.7 cm?1和559.9 cm?1处的不同带状峰归因于Ag-O和Cu-O伸缩，证实了纳米颗粒的形成。这些发现与先前的报告一致，后者将Cu-O振动归属于467–580 cm?1[31][32]，以及Ag-O伸缩归属于627–698 cm?1[33]，这验证了Ag掺入CuO基质以及生物分子的稳定作用。下载：下载高分辨率图像（272KB）下载：下载全尺寸图像图3. Nyctanthes arbor tristis叶提取物和合成的Ag–CuO纳米颗粒的FT-IR分析。3.4. 提出的Ag–CuO纳米颗粒形成机制Nyctanthes arbor-tristis介导的Ag–CuO纳米颗粒的形成通过一系列协调的化学转化过程进行，这些转化共同抑制了Ag?的沉淀并促进了稳定的Ag–CuO纳米复合体的形成。阶段I：在水介质中的络合和还原混合AgNO?和CuSO?溶液后，Ag?和Cu2?离子在水相中共存。立即加入Nyctanthes arbor-tristis叶提取物会引入富含羟基（–OH）、羰基（CO）和醚（C–O）官能团的植物化学物质。这些生物分子迅速与Ag?离子形成过渡性的Ag–植物化学复合物，从动力学上抑制了Ag?与硫酸根离子的相互作用，从而防止了难溶的硫酸银（Ag?SO?）的形成。同时，氧化还原活性的植物化学物质将Ag?还原为金属态的Ag?：Ag? + 植物化学物质 → Ag? + 氧化植物化学物质这种快速的还原途径占据了主导地位，确保了金属银纳米颗粒的形成，而不是银盐副产品的形成。阶段II：CuO基质的形成和Ag的锚定与此同时，Cu2?离子发生水解形成Cu(OH)?中间体，经过热处理后转化为CuO：Cu2? + 2OH? → Cu(OH)?Cu(OH)? → CuO + H?O预先形成的Ag?纳米颗粒在发展的CuO表面上成核并锚定，形成了Ag–CuO异质结构界面。这一过程导致在CuO表面上装饰了Ag纳米颗粒，而不是Ag替换或间隙掺入CuO晶格，且不涉及Ag–Cu合金的形成。在温和的反应条件下同时发生成核和生长，增强了Ag和CuO之间的强界面相互作用。阶段III：煅烧和相稳定煅烧去除残留的有机物质，提高结晶度，并稳定Ag–CuO纳米复合体。在此阶段，Cu(OH)?完全转化为单斜CuO，而Ag主要保持金属态。XRD图中未出现AgCl或Ag?SO?的衍射峰，结合XPS分析中观察到的金属态Ag?的特征，证实了在整个合成过程中有效抑制了与沉淀相关的副产品。总体而言，植物化学络合的协同效应、控制的还原动力学和温和的热处理共同决定了纯相Ag–CuO纳米颗粒的选择性形成，同时防止了不需要的银盐沉淀。所提出的机制与广泛报道的植物化学辅助还原和绿色合成路线中的Ag–CuO异质结构形成途径一致[34]。3.5. 扫描电子显微镜（SEM）和能量分散光谱（EDS）分析使用SEM和EDS检查了生物合成的Ag–CuO纳米颗粒的表面形态（图4），显示出主要是球形颗粒，并有明显的聚集现象，这归因于Nyctanthes arbor-tristis中的植物化学物质封盖。这些特征与早期报告一致，显示出不规则的球形形态和58–112纳米的尺寸范围[35]。EDS分析确认了Cu、O、C和Ag的存在，表明纯度很高，没有检测到杂质。EDS成分是通过平均从样品中随机选择的五个不同区域收集的光谱获得的，以确保具有代表性的元素分析。均匀的元素分布支持了Ag成功掺入CuO晶格，并验证了绿色合成方法能够生成成分纯净和结构一致的纳米颗粒。观察到的重量百分比（wt%）和原子百分比（at%）值之间的差异归因于组成元素的原子质量差异，其中较重的元素如Ag对wt%的贡献更大，而较轻的元素如O和C表现出较高的at%值，这是EDS分析的典型特征。下载：下载高分辨率图像（738KB）下载：下载全尺寸图像图4. 不同放大倍数的Ag–CuO纳米颗粒的SEM图像及其对应的EDS光谱。3.6. 动态光散射（DLS）动态光散射（DLS）分析显示CuO的平均流体动力学直径为103.3纳米，而Ag–CuO纳米颗粒的直径显著更大为276.8纳米（图5(a), b）。相应的PDI值分别为0.283（CuO）和0.326（Ag-CuO），表明在水介质中具有中等的多分散性和可接受的胶体稳定性。Ag–CuO纳米颗粒尺寸的增加可能是由于银的整合和Nyctanthes arbor-tristis提取物中的表面植物化学物质封盖。强度谱中的单一主导峰表明尺寸分布为单峰，聚集现象最小。此外，DLS值大于SEM/TEM的估计值，这是由于溶剂化和表面结合的有机物质。这些发现与先前关于绿色合成的Ag–CuO纳米复合体的报告一致，这些报告展示了相似的大小范围（265nm-289 nm）和PDI值（0.310–0.350），支持了生物分子在增强胶体行为中的作用[36]。下载：下载高分辨率图像（376KB）下载：下载全尺寸图像图5. a) CuO和b) Ag–CuO纳米颗粒的流体动力学直径。3.7. 高分辨率透射电子显微镜（HR-TEM）高分辨率透射电子显微镜（HRTEM）（图6）用于研究合成的Ag–CuO纳米颗粒的形态、尺寸和结晶度。在20和50纳米尺度下捕获的图像显示主要是球形至准球形颗粒，具有均匀的分布。晶格条纹显示出大约2.78 ?和2.33 ?的层间d间距，分别对应于单斜CuO的（110）和（200）平面，以及1.41 ?的（220）平面的条纹间距，这些值与Ag-CuO系统的报道数据一致，证实了银的有效掺入[37]。SAED图案显示出明显的同心环和亮点，证实了纳米颗粒的多晶性质，如图2(c)所示。这些衍射环与CuO和Ag的XRD峰匹配，表明了结晶度和相纯度的稳定性。使用ImageJ软件从HRTEM图像进行的颗粒尺寸分布分析（测量了约50个纳米颗粒）显示平均颗粒尺寸为28.5 ± 8.6纳米，这与XRD分析估算的晶粒尺寸（约29纳米）非常吻合。值得注意的是，SAED图案中缺少额外的环，证实了高纯度。因此，这项分析中证明的增强结晶度和晶格秩序与早期报告一致[38]，支持了纳米颗粒在光催化和生物医学性能上的改进。下载：下载高分辨率图像（667KB）下载：下载全尺寸图像图6. 在不同区域测量的Ag–CuO纳米颗粒的HR-TEM图像及d间距。3.8. X射线光电子光谱（XPS）X射线光电子光谱（XPS）用于评估合成的Ag–CuO纳米颗粒的元素组成和氧化状态（图7）。扫描谱确认了C、O、Cu和Ag的存在。C 1s光谱在284.6埃和288.5埃处显示出峰，分别对应于C–C/CC和CO键，这归因于Nyctanthes arbor-tristis中的生物活性植物化学物质，表明表面成功功能化。O 1s光谱显示两个主要成分，中心分别位于约531.8埃和约533.5–533.8埃。约531.8埃处的峰归因于表面羟基和缺陷相关的氧物种，而约533.8埃处的较高结合能成分对应于吸附的H?O和来自植物化学物质封盖的含氧官能团。表面相关氧物种的主导作用解释了O 1s包络的宽范围，并与绿色合成的、由植物化学稳定的Ag–CuO纳米颗粒一致。Cu 2p光谱在933.4埃（Cu 2p?/?）和953.0埃（Cu 2p?/?）处显示出峰，证实了Cu2?的氧化状态，且没有卫星峰，支持了CuO的形成[39][40]。Ag 3d光谱显示了特征性的双峰，对应于金属态的Ag?，以及较低的结合能成分，表明在绿色合成过程中Ag和CuO之间的界面相互作用产生了Ag?和Ag?物种的共存。因此，XPS分析证实了CuO表面上锚定了金属态的Ag?和Ag?物种，表明形成了Ag–CuO异质结构纳米复合体，而不是合金形成或间隙掺入。Ag?/Ag?的共存，以及Ag 3d和Cu 2p特征的差异，支持了植物化学物质在增强界面相互作用和表面封盖方面的作用，进一步证实了生物合成纳米颗粒的化学完整性。详细的XPS峰解卷积参数，包括半高宽（FWHM）值，在支持信息中提供（表S1）。下载：下载高分辨率图像（516KB）下载：下载全尺寸图像图7. (a) Ag–CuO纳米颗粒的XPS扫描谱 (b) Ag (c) Cu (d) O1s (e) C1s。3.9. 原子力显微镜（AFM）使用原子力显微镜（AFM）研究了Nyctanthes arbor-tristis介导的Ag–CuO纳米颗粒的表面形态。地形图像显示了纳米颗粒的聚集现象，这是由于植物化学物质封盖在绿色合成纳米结构中常见的特征。2D和3D表面轮廓（图8(a), b）确认了非均匀但连续的表面覆盖。基于直方图的高度分布分析（图8c）表明平均颗粒尺寸在60–80纳米范围内。在1 μm × 1 μm区域内进行的定量表面轮廓分析显示算术平均表面粗糙度（Sa）为5.49纳米，RMS粗糙度（Sq）为7.24纳米（图8d），表明地形变化适中。其他参数如最大高度（Sz）为66.9纳米，偏度（Ssk）为0.162，峰度（Sku）为4.44，反映了略微以山谷为主的纹理和剧烈的高度变化。从这些数据推断出的多纳米结构表面形态支持了表面反应性的增强，这对于光催化和抗菌应用是有益的。文献[41]中的类似发现表明，具有较高粗糙度和局部峰值的纳米级表面特征通常与增加的活性位点相关，从而提升了表面依赖的性能。因此，当前的原子力显微镜（AFM）分析进一步证实了Ag–CuO纳米粒子在高效环境和生物医学应用中的适用性。下载：下载高分辨率图像（453KB）下载：下载全尺寸图像图8. 表面形态：a) 二维图像 b) 三维图像 c) 直方图 d) 显示Sq和Sa值的标准差（RMS）数据表。

4. Ag-CuO纳米粒子的光催化活性
4.1. 银掺杂CuO纳米粒子的光催化活性评估
通过监测晶体紫（Crystal Violet，CV）染料在可见光照射下的降解情况来评估绿色合成的Ag–CuO纳米粒子的光催化性能。将50毫升浓度为10毫克/升（mg/L）的CV水溶液与0.2克/升（g/L）的催化剂混合，并在暗处搅拌30分钟以达到吸附-解吸平衡。使用150瓦特（W）的卤素钨灯照射后，紫外-可见光吸收光谱（图9）显示了晶体紫在约325纳米（nm）处的特征性紫外吸收带和在可见光区域（约590–600纳米）的吸收带。在10–50分钟内，主要可见吸收带（约590–600纳米）的强度逐渐减弱，证实了染料的逐渐降解。降解效率（%）通过以下公式计算：
(4)% Degradation = [(A? – A?) / A?] × 100
其中A?和A?分别代表照射前后CV主要可见带的吸光度。基于此，50分钟后最大降解效率达到了约75.6%。动力学分析表明，降解遵循准一级动力学，ln(C?/C?)与时间的线性关系得出了一个令人满意的速率常数k。在没有催化剂的情况下进行的对照实验显示出可忽略的降解，从而证实了Ag–CuO纳米粒子的光催化作用。虽然降解机制归因于在可见光下产生的活性氧（ROS），但本研究中仅考虑了实验上确认的降解产物。在可见光下50分钟内获得的降解效率（约75%）与之前报道的几种绿色合成的CuO和Ag–CuO基光催化剂相当或更高，后者通常需要更长的照射时间、更高的催化剂剂量或紫外线照射才能达到类似的性能[42]，[43]。
下载：下载高分辨率图像（543KB）下载：下载全尺寸图像图9. 使用Ag–CuO纳米粒子在可见光照射下对晶体紫（CV）的光催化降解的紫外-可见光吸收光谱，不同时间间隔（10–50分钟）：(a) 为空白CV溶液；(b–d) 在Ag–CuO存在下的时间依赖性光谱。

4.2. 浓度的影响
在本研究中，Ag–CuO纳米粒子在不同初始浓度（2×10?和2×10?毫克/升（mg/L）下与CV染料进行了测试，pH值和催化剂用量保持不变。如图10(a)所示，随着染料浓度的增加，降解效率下降，在较低浓度（2×10? mg/L）下达到更高的降解效率，而在较高浓度（2×10? mg/L）下降至约60%。这种反比关系是由于在较低染料浓度下光穿透更好，活性位点更易被访问。使用CR染料和微米级纳米粒子也曾报告过类似的浓度依赖性趋势[44]。
下载：下载高分辨率图像（461KB）下载：下载全尺寸图像图10. (a) 初始染料浓度，(b) 催化剂用量，(c) 温度，以及(d) pH值对使用Ag–CuO纳米粒子在可见光照射下晶体紫（CV）的光催化降解的影响。

4.3. 催化剂用量的影响
催化剂用量显著影响染料降解效率。如图10(b)所示，在固定pH值、温度和染料浓度条件下，测试了0.1、0.2、0.3和0.4克/升（g/L）的Ag–CuO纳米粒子。由于更多的表面活性位点、更好的光吸收和增强的ROS生成，降解效率在0.2克/升时增加。超过0.2克/升后，效率下降是由于纳米粒子聚集、浑浊和光穿透减少所致。这一趋势与先前的研究[44]一致，该研究使用绿色合成的NiO纳米粒子报告了在0.2克/升时最佳的CV降解效果，突显了优化催化剂加载量以防止表面饱和和光散射的重要性。

4.4. 温度的影响
在pH值、催化剂用量和染料浓度固定的条件下，分别在50°C、70°C和100°C下评估了晶体紫（CV）的光催化降解，如图10(c)所示。随着温度的升高，降解效率从85%增加到95%。这种改进归因于分子运动的增强、染料与活性物种之间的更强相互作用以及电子-空穴对和ROS的加速生成。相比之下，较低温度会减缓反应动力学。这些观察结果与早期关于热活化绿色合成光催化剂用于CV降解的研究[44]一致。

4.5. pH值的影响
如图10(d)所示，降解效率随pH值的增加而增加，在微酸性条件下（pH 6）降解较低，在碱性条件下（pH 9）降解增强。碱性pH值增强了•OH自由基的形成，并增加了纳米粒子表面的负电荷，促进了与阳离子CV染料的更强静电吸引力，从而提高了降解效果。这些发现与之前的研究[44]一致，该研究使用绿色合成的NiO纳米粒子在碱性pH值下报告了最佳的CV降解效果，因为它们具有相似的吸附和自由基生成机制。

4.6. 光催化剂的稳定性和可重复使用性
为了评估催化剂的稳定性和可重复使用性，进行了五次连续的光催化降解实验。Ag–CuO纳米粒子在所有试验中的降解效率保持在约70%，表明其具有很强的长期耐久性。XRD和FTIR分析确认了最小的结构降解，支持了催化剂的稳定性，如图11(a-c)所示。持续的性能归因于Ag的锚定作用，它增强了电荷分离，减少了电子-空穴复合，并提高了表面催化活性。此外，Nyctanthes arbor tristis中的植物化学物质在绿色合成过程中充当封端剂，防止了纳米粒子的聚集并保持了表面反应性。对于绿色合成的CuO和Cu–Ag异质结构，也报告了类似的趋势，即在多次使用中光催化活性和结构完整性几乎没有损失[45]，[46]。
下载：下载高分辨率图像（632KB）下载：下载全尺寸图像图11. (a) 光催化降解晶体紫染料前后Ag–CuO纳米粒子的FTIR光谱；(b) 光催化降解前后Ag–CuO纳米粒子的XRD图谱；(c) 光催化降解五次循环后催化剂的重复使用性能，显示降解效率保持不变。

4.7. 晶体紫光催化降解的GC–MS分析
使用GC–MS分析验证了Ag–CuO纳米粒子对晶体紫（CV）染物的光催化降解。如图12和表1所示，可见光照射1小时后记录的色谱轮廓显示出保留时间分布的显著变化。处理前，主要峰出现在5–25分钟范围内，特别是在9.92和13.84分钟处，对应于完整的染料及其相关芳香结构。处理后这些峰完全消失，表明了母体CV分子的矿物化或结构分解。相比之下，新的峰出现在38.02至38.98分钟之间，反映了低分子量中间体的形成。这种变化在保留时间与面积百分比（Retention Time vs. Area %）图中得到了验证，证实了有效的光催化降解。虽然本分析中没有记录特定的m/z值，但保留时间的变化与之前报道的片段化为更小的芳香胺和羧酸的结果一致[47]，[48]。这些GC–MS结果也与图9中显示的UV–Vis光谱变化相吻合，提供了染料在可见光下降解的补充证据。
下载：下载高分辨率图像（148KB）下载：下载全尺寸图像图12. 在Ag–CuO纳米粒子存在下，UV照射前后晶体紫染物的GC-MS轮廓，显示保留时间与面积百分比的关系。表1. 晶体紫染料降解的GC–MS分析。

4.8. 建议的光催化降解机制
绿色合成的Ag–CuO纳米粒子增强光催化性能可以归因于Ag和CuO之间的协同作用，形成了一个高效的非均匀结系统。在可见光照射下，CuO由于其窄的带隙吸收光子，产生电子-空穴对。由于Ag–CuO界面处的有利肖特基结，光生成的电子迅速从CuO的导带转移到Ag纳米粒子。Ag对电子的捕获有效抑制了电子-空穴复合，这一结论得到了UV–DRS分析中观察到的带隙减小和XPS确认的Ag?/Ag?物种共存的支持。Ag上积累的电子与溶解的氧气反应生成超氧自由基（•O??），而光生成的空穴氧化表面吸附的水分子产生羟基自由基（•OH）。这些高活性的氧物种负责晶体紫染料的氧化降解和矿物化，这一点还得到了GC–MS分析中观察到的主要染料峰消失和低分子量中间体形成的支持[49]，[50]。所提出的机制基于实验证据和已有文献报告，尽管没有直接的自由基捕获实验。这种电荷转移驱动的ROS途径在可见光照射下的Ag修饰CuO异质结构中是被广泛接受的。

5. Ag-CuO纳米粒子的生物活性
5.1. Ag–CuO纳米粒子的生物活性评估
通过多种体外实验确认了绿色合成的Ag–CuO纳米粒子的生物医学效果。抗菌、抗真菌和抗氧化结果表明其对各种生物具有强烈的生物活性。
5.1.1. 通过琼脂圆盘扩散试验评估的抗菌活性
使用Nyctanthes arbor-tristis叶提取物合成的Ag–CuO纳米粒子的抗菌潜力针对大肠杆菌（Escherichia coli，革兰氏阴性）和金黄色葡萄球菌（Staphylococcus aureus，革兰氏阳性）进行了评估，如表2所示。在250微克/升（μg/mL）的浓度下，大肠杆菌显示出8毫米（mm）的抑制圈，而金黄色葡萄球菌显示出7毫米的抑制圈，表明其具有中等的抗菌活性。抑制圈的视觉表示见图13。尽管活性略低于标准抗生素氨苄西林，但观察到的抑制圈突显了Ag–CuO纳米粒子作为替代抗菌剂的潜力。抗菌效果主要归因于Ag?和Cu2?离子的协同释放，它们穿透细菌膜，生成活性氧（ROS），并导致细胞死亡。先前的研究也报告了类似的机制，表明Ag–CuO复合材料由于表面积增大和电子传输动力学改善而增强了抗菌作用[51]。使用印楝（Azadirachta indica）叶提取物合成的CuO纳米粒子也报告了类似的抗菌效果，这些纳米粒子对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌均表现出有效的抑制[52]。当前结果证实了这些发现，进一步强调了植物介导的Ag–CuO纳米粒子的有效性。虽然这些绿色纳米材料的效力略低于传统抗生素，但它们提供了一种环保、可持续的替代品，并且通过调整剂量或组合方法有提高性能的空间。观察到的抑制圈与其他绿色合成的CuO和Ag–CuO基纳米材料报告的结果相当，支持了它们的实际抗菌相关性[53]。
表2. Ag–CuO纳米粒子对不同病原体的抗菌活性，测试浓度分别为250、500和1000微克/升（μg/mL），氨苄西林作为阳性对照。
生物体 250(μg/mL) 500(μg/mL) 1000(μg/mL)
标准（12 μg/圆盘）(氨苄西林)
大肠杆菌 8 9 12
肺炎克雷伯菌 6 7 8
粪肠球菌 7 9 12
金黄色葡萄球菌 7 9 10

5.1.2. 通过琼脂圆盘扩散方法评估的抗真菌活性
使用Ag–CuO纳米粒子的抗真菌效力针对黄曲霉（Aspergillus flavus）和普通念珠菌（Candida vulgaris）进行了评估，如表3所示。在最高测试浓度（100微克/升）下，黄曲霉和普通念珠菌的抑制圈分别为5毫米和4毫米，表明其具有中等的抗真菌潜力。这些结果在图14中进一步说明，图中显示了纳米粒子负载圆盘周围形成的清晰抑制圈。虽然活性低于标准抗真菌药物氟康唑（fluconazole），但考虑到其生物合成来源和双金属组成，结果仍具有潜力。增强的抗真菌效果可以归因于活性氧（ROS）的生成以及Ag?和Cu2?离子对真菌细胞壁的协同破坏。类似的ROS介导的抗真菌机制也已在绿色合成的CuO纳米粒子中报告[54]。值得注意的是，使用Cissus quadrangularis提取物合成的CuO纳米粒子对黄曲霉也显示出类似的活性[55]。此外，观察到的对普通念珠菌的抑制与先前关于CuO纳米粒子对白色念珠菌（Candida albicans）有效的研究结果一致[56]。这些发现验证了生物合成Ag–CuO纳米粒子的抗真菌能力，并突显了它们作为环保抗真菌剂的潜力，特别是通过进一步优化剂量和配方策略可以进一步提高其效果。
表3.**Ag–CuO纳米粒子对普通念珠菌（Candida vulgaris）和黄曲霉（Aspergillus flavus）的抗菌活性**

| 样品 | 浓度（μg/mL） | 抑制区（mm） | 抑制区（mm） |
|--------|-----------|-----------|-----------|
| 普通念珠菌 | 60 | 21 | 80 |
| 黄曲霉 | 100 | 33 | 10 |
| 氟康唑（标准品） | 10 μL/盘 | 78 |
| 水提取物 | 10 μL/盘 | 00 |

**图14.** 磁盘扩散实验显示Ag掺杂CuO纳米粒子对（a）普通念珠菌和（b）黄曲霉在100 μg/mL浓度下的抗菌活性。氟康唑作为阳性对照。

**5.1.3. 提出的生物机制**
Ag–CuO纳米粒子的抗菌和抗真菌活性源于一种协同机制，包括金属离子的释放、活性氧（ROS）的生成以及细胞膜的破坏。银（Ag）的存在通过控制释放Ag?离子来提高抗菌效率，这些离子能够穿透微生物细胞膜并与细胞内的蛋白质和DNA相互作用，导致代谢功能障碍。同时，铜（Cu）2?离子通过在细胞表面催化ROS的生成而加剧氧化应激。Ag–CuO系统的结合在纳米-生物界面上促进了ROS的产生，导致脂质过氧化、膜损伤和最终的微生物细胞死亡。此外，夜来香（Nyctanthes arbor-tristis）叶提取物中的植物化学成分作为表面稳定剂，改善了纳米粒子与细胞的相互作用和生物相容性，从而增强了抗菌效果。这种多途径机制解释了所观察到的Ag–CuO纳米粒子的抗菌和抗真菌活性，这与之前报道的通过ROS介导和金属离子辅助的绿色合成Ag–CuO纳米复合材料的抗菌机制是一致的[57],[58]。这一生物机制是基于实验生物活性趋势推断出的，并通过先前报道的Ag–CuO抗菌途径得到证实，尽管没有直接在分子水平上探究ROS或细胞内损伤。

**5.1.4. 使用DPPH（1,1-二苯基-2-皮克里尔肼）试验检测抗氧化活性**
使用DPPH试验评估了Ag–CuO纳米粒子的抗氧化潜力（图15），结果显示其具有浓度依赖性的清除效果，在400 μg/mL时最大抑制率达到82.63%。如表4所示，纳米粒子在20、40、80、200和400 μg/mL浓度下的抑制率分别为27.88%、47.52%、59.31%、71.22%和82.63%，略低于维生素C（在400 μg/mL时的抑制率为87.09%）。这种微小的差异在较高浓度下变得更加显著。这些结果与之前关于绿色合成CuO纳米粒子具有浓度依赖性DPPH自由基清除活性的报道一致[59]。较高的抗氧化活性归因于植物化学封端剂以及Ag和Cu物种之间的协同氧化还原作用，验证了夜来香介导的Ag–CuO纳米粒子作为潜在生物医学应用抗氧化剂的效力。

**图15.** 不同浓度（20–400 μg/mL）下绿色合成Ag–CuO纳米粒子和标准维生素C的DPPH自由基清除活性。

**表4.** 不同浓度下Ag–CuO纳米粒子的抗氧化活性及其与维生素C（标准品）的比较。

**结论**
本研究报道了使用夜来香叶提取物成功合成Ag–CuO纳米粒子的方法，提供了一种环境友好且成本效益高的多功能纳米材料制备途径。通过综合表征确定其晶粒尺寸为29.83纳米，带隙为2.35电子伏。通过可见光照射下Crystal Violet染料的降解实验观察到Ag–CuO纳米粒子的光催化性能，降解效率达到了75%。GC-MS分析证实了染料分子氧化分解为危害较小的中间产物，而反应后的XRD和FTIR研究支持了催化剂的结构稳定性。纳米粒子在连续使用五次后仍保持约70%的活性，表明其耐久性和实际废水处理的潜力。此外，Ag–CuO纳米粒子表现出显著的抗菌、抗真菌和抗氧化活性，扩展了其在生物医学应用中的用途。光催化过程中，这些生物活性特性可能增强表面相互作用，从而提高降解的整体效率。综上所述，Ag–CuO纳米粒子的生物活性、可回收性、绿色合成方法以及75%的可见光驱动染料降解效率共同强调了这项研究的创新性，并将其作为环境修复等领域的可持续平台。

**Uzma Naaz Anwer和Subramanian Srinivasan的贡献概述**
Uzma Naaz Anwer：概念设计、数据管理、形式分析、实验研究、方法开发、资源获取、软件使用、数据可视化、初稿撰写及审阅编辑。
Subramanian Srinivasan：概念设计、数据管理、形式分析、实验研究、方法开发、资源获取、实验监督、效果验证、数据可视化、审阅编辑。