一种绿色合成方法制备掺杂钐的NiO纳米催化剂，用作光催化降解和电化学传感的双功能材料

《Scientific Reports》：A green synthesis of Sm doped NiO nano catalyst as dual functional material for photocatalytic degradation and electrochemical sensing

　　

摘要

以萝卜叶提取物作为绿色还原剂和封端剂，合成了掺杂钐的氧化镍（NiO-Sm）纳米粒子。NiO纳米粒子在220纳米处有典型的紫外-可见吸收峰，同时在280–322纳米处还有其他吸收带；而钐的掺杂使得吸收峰向长波方向移动至230纳米。傅里叶变换红外光谱分析证实了金属-氧键的存在（Sm-O和Ni-O）。XRD分析显示NiO是主要相，同时存在少量的立方相Sm₂O₃特征。扫描电子显微镜图像则显示这些纳米粒子形状不规则，呈团聚状，具有多孔且结构松散的特点，尺寸在纳米到微米级别之间。通过响应面法结合三因素Box-Behnken设计，研究了反应时间、pH值以及催化剂用量对孔雀石绿降解效率的影响，最终在优化条件下（75分钟，pH值为8，催化剂浓度为30毫克/升），NiO-Sm纳米粒子的降解效率达到了99%，与预测的98%数值十分接近（理想度为1.0）。方差分析的结果表明该模型的可靠性很高，F值为49.90，p值小于0.0001，相关系数R²为0.9201，调整后的R²d为0.9017，预测R²为0.8336。在碱性条件下，降解效率更高的原因是羟基自由基的产生增加，以及带负电的催化剂表面与带正电的染料分子之间存在良好的静电相互作用。除了光催化作用外，NiO-Sm纳米粒子在检测抗坏血酸方面也展现出良好的电化学传感性能。这些研究结果表明，NiO-Sm纳米粒子是一种具有双重功能的纳米材料，在治理有机污染物以及电化学传感应用领域都具有巨大的潜力。