通过绿色合成方法制备Sm3+掺杂的g-C3N4/CuO和ZnO/CuO纳米复合材料：高效光催化与环境应用的比较策略

《Journal of the Indian Chemical Society》：Sm3+-Doped g-C3N4/CuO and ZnO/CuO Nanocomposites via Green Synthesis: A Comparative Strategy for Efficient Photocatalytic and Environmental Applications

　　

Niveda Leishangthem | Brojendro Singh Shagolsem | Nongmaithem Herojit Singh | N. Mohondas Singh

摘要：

通过使用Centella asiatica（Gotukola）叶提取物作为天然还原剂和稳定剂，采用可持续共沉淀法制备了掺杂Sm³⁺的g-C₃N₄/CuO和ZnO/CuO纳米复合材料。结构分析、光学分析和表面分析（XRD、FTIR、Raman、UV-Vis、SEM、TEM、LC-MS、BET、XPS、PL、EIS）证实了这些材料形成了具有较大表面积（分别为54.0 m²/g和48.5 m²/g）的介孔核壳结构，并有效抑制了电子-空穴复合现象。这些特性使得这些纳米复合材料在可见光下表现出优异的光催化活性，染料降解效率分别达到94.3%（g-C₃N₄/CuO:Sm³⁺）和92.1%（ZnO/CuO:Sm³⁺）。通过总有机碳（TOC）分析测得的矿物化效率在光催化降解100分钟后分别为82.5%和78.3%。动力学研究表明其反应行为符合伪一级反应规律，吸附数据符合Freundlich等温线（R² > 0.99），表明在异质表面上发生了多层吸附。除了光催化作用外，这两种纳米复合材料还表现出广谱抗菌活性和强剂量依赖性的抗氧化能力，体现了其多功能的环境应用潜力。本研究首次将稀土元素（Sm³⁺）掺杂与生物合成技术相结合，开发出了能够同时实现染料降解、污染物矿化和生物活性的光催化剂——这是以往研究中较少涉及的领域。这些材料的稳定性、可重复使用性和环保制造工艺使其成为实际废水处理和可持续环境修复领域极具前景的候选材料。