温控下蜂胶介导的CuO纳米粒子合成：结构、光学性质与光催化性能在阳光驱动甲苯蓝降解中的作用关系

《Scientific Reports》：Temperature-controlled propolis-mediated synthesis of CuO nanoparticles: structure–optical–photocatalytic relationships for sunlight-driven methylene blue degradation

　　

摘要

通过蜂胶介导的绿色合成方法可制备出环境影响较小的金属氧化物光催化剂，但合成温度对材料固有结构与性能关系的影响机制尚未明确。本研究在保持前体化学成分及后续处理步骤不变的情况下，使用蜂胶提取物在四种不同温度（60、70、80、90 °C）下生物合成CuO纳米粒子。通过X射线衍射、透射电子显微镜以及紫外-可见光谱分析，研究了这些纳米粒子的晶体结构、形貌以及电子/光学特性。XRD分析表明，单斜相CuO的晶粒尺寸、晶格应变、缺陷密度和比表面积都会随着合成温度的变化而改变。TEM观察结果显示，这些纳米粒子为近似球形的多晶结构，平均粒径约为26.5纳米。光学分析显示，当CuO纳米粒子的合成温度从60 °C升高到90 °C时，其直接带隙和间接带隙会发生非线性变化，范围在1.40–1.51电子伏特之间，同时Urbach能量、折射率、光学电导率和介电参数也会受到影响，这体现了温度对材料电子结构特性的影响。通过阳光辅助降解亚甲蓝来评估这些光催化剂的性能，所有样品均遵循伪一级动力学规律。在70 °C下合成的纳米粒子具有最高的降解效率，降解率为63.92%，对应的速率常数为0.01464分钟?1。这些结果表明，仅通过控制合成温度即可调控蜂胶衍生CuO纳米粒子的结构缺陷和光学性质，从而无需添加其他掺杂剂或助催化剂，即可优化用于阳光驱动染料去除的光催化剂。