《Surfaces and Interfaces》：Design and investigation of Ag-Bi?O? Quantum Dots prepared by the novel low-temperature mixed Pechini and solvothermal synthesis routes
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摘要本研究通过将Pechini聚合物前驱体法与溶剂热处理相结合，合成了Ag掺杂的Bi?O?量子点，Ag浓度分别为0、2、4、6、8和10 wt.%。XRD证实样品呈单斜相结构，晶粒尺寸从13.01 nm增大至17.11 nm。SEM图像显示，随着Ag含量的增加，晶粒尺寸从48
摘要
本研究通过将Pechini聚合物前驱体法与溶剂热处理相结合，合成了Ag掺杂的Bi?O?量子点，Ag浓度分别为0、2、4、6、8和10 wt.%。XRD证实样品呈单斜相结构，晶粒尺寸从13.01 nm增大至17.11 nm。SEM图像显示，随着Ag含量的增加，晶粒尺寸从488 nm增大至546 nm，而在相同范围内，比表面积从0.16 m2/g升至0.54 m2/g。UV-Vis-NIR光谱测得未掺杂样品的带隙为3.89 eV。掺杂使该数值呈非单调变化：在4 wt.% Ag时带隙展宽至3.92 eV，在10 wt.% Ag时则缩窄至3.79 eV。此行为与Ag 4d轨道与Bi?O?宿主晶格之间的p-d杂化相一致。随着Ag掺杂量从0增至10 wt.%，介电常数从4.90增至9.56，AC电导率也从1.24 × 10?3 S/cm增至8.97 × 10?3 S/cm。在4 wt.%和6 wt.% Ag时，损耗正切值最低，介电响应最为稳定。优化后的电极通过实现比电容0.498 F/g、能量密度0.0173 Wh/kg和功率密度1.25 W/kg，表现出增强的电化学性能。在光催化活性方面，8 wt.% Ag掺杂的Bi?O?组合表现出最高性能，降解效率为59.33%，速率常数为0.0150 min?1。在抗菌活性方面，8 wt.%组对肺炎克雷伯菌产生了最大的抑制圈（41 mm）。此处观察到的增强介电常数和抗菌活性支持了Ag掺杂Bi?O?量子点在能量存储和生物医学领域的应用潜力。
引言
量子点（QDs）是一类高度 adaptable 的纳米材料，因其具有高比表面积、尺寸依赖的光学特性、电学特性以及量子限域效应，能够实现广泛的应用[1,2]。量子点作为连接分子体系与块体体系的桥梁，具有独特性质，使其在能量存储、光催化和生物医学应用中极具吸引力[3]。
在金属氧化物半导体中，Bi?O?具有单斜晶结构（空间群C2/c）[4]和宽禁带。其包含混合价态铋中心，即Bi3?和Bi??共存[5]。这种组合形成了不对称的电子能带结构，有助于电荷分离并提高氧化还原活性。
在掺杂剂中，银（Ag）有益，因为它能产生氧空位并改善电导率，从而增强量子点的性能。Ag掺杂在Bi?O?的带隙中引入局域能态，这些能态充当电子陷阱中心，倾向于抑制电子-空穴复合。因此，载流子寿命得以延长[6,7]。尽管此前已有Ce、V和Co掺杂Bi?O?系统的报道[[8], [9], [10]]，但采用Pechini-溶剂热联合法合成Ag掺杂Bi?O?量子点，并对所得材料进行结构、光学、介电、电化学、光催化和抗菌评价的研究尚未见报道。本研究填补了这一研究空白。基于氧化铋的纳米结构引起了越来越多的关注，但现有文献存在两方面局限性。首先，Bi?O?/Bi?O?基纳米材料通过单一路线方法合成——如萃取物介导的溶胶-凝胶法合成Ag掺杂Bi?O?纳米颗粒，或水热法构建Bi?WO?/Bi?O?异质结用于可见光催化降解[11,12]。其次，大部分研究局限于块体或微至纳米颗粒形貌；很少有研究达到足够的粒子尺寸小度以进入真正的量子限域区域。此前没有任何报道专门将螯合前驱体法与溶剂热结晶用于Ag掺杂Bi?O?量子点[13]。据我们所知，这是首次将Pechini聚合物前驱体法与溶剂热处理相结合来合成Ag掺杂Bi?O?量子点的报道[[14], [15], [16]]。双路线合成法产生了均匀、结晶度高、尺寸可控的QDs，Ag离子均匀分布在宿主晶格中[17,18]。对所得材料的结构、光学、电化学、介电、光催化和抗菌特性进行了表征。
Pechini-溶剂热混合方法的主要优势在于将掺杂剂均匀性与晶粒尺寸控制解耦，这是通过单步沉淀法、溶胶-凝胶法或共沉淀法无法同时实现的。此外，Pechini法和溶剂热法在实验室和实验规模上均已有良好的建立；因此，该方法易于在未来应用中进行调整。
章节摘要
材料
实验中使用的原料为五水硝酸铋（Bi(NO?)?·5H?O）、硝酸银（AgNO?）、乙二醇（EG）、去离子水和柠檬酸（CA）。
样品制备
采用Pechini法和溶剂热法联合法合成Ag掺杂Bi?O?量子点。五水硝酸铋（Bi(NO?)?·5H?O）作为宿主前驱体盐，硝酸银（AgNO?）作为掺杂剂，浓度分别为0、2、4、6、8和10 wt.%。乙二醇和去离子水作为溶剂。
XRD分析
图2展示了采用Pechini和溶剂热法合成的Ag掺杂Bi?O?量子点在2、4、8和10 wt.% Ag掺杂浓度下的XRD谱图。使用配备Cu-Kα辐射（λ = 1.5406 ?）的Bruker D8 Advance X射线衍射仪对Ag掺杂Bi?O?量子点的相和结构进行表征。扫描速度在20°至50°的扫描范围内记录为0.05°/s。实验衍射峰与标准参考数据良好吻合。
结论
采用Pechini聚合物前驱体法与溶剂热处理相结合的方法合成了Ag掺杂Bi?O?量子点，Ag浓度分别为0、2、4、6、8和10 wt.%。XRD分析证实获得了单相单斜晶体结构（空间群C2/c，No. 15），与JCPDS卡片No. 01-083-0410匹配。当Bi3?离子（1.03 ?）被较大的Ag?离子（1.15 ?）取代时，单位胞体积从315.72 ?3增至367.41 ?3。SEM显示晶粒尺寸缓慢增大至488 nm。
利益冲突声明
作者声明，不存在可能影响本文所报告工作的已知竞争性经济利益关系或个人关系。
资助
本项目未获得任何资金支持。
作者贡献：
Prof. Dr. Zohra Nazir Kayani：监督指导；项目管理，概念设计；写作 - 审阅与编辑。
Azka Nadeem：写作 - 初稿撰写；调查；形式化分析。
Hina Nazli：写作 - 审阅与编辑；监督指导。
Amna Hassan：讨论；调查。
Maryam Anwar：讨论；调查。
Ayesha Akram：讨论；调查。
致谢声明
Prof. Dr. Zohra Nazir Kayani：监督指导；项目管理。
CRediT作者贡献声明
Zohra Nazir Kayani：写作 - 审阅与编辑，可视化，监督指导，项目管理，概念设计。Azka Nadeem：写作 - 初稿撰写，方法论，调查，形式化分析，数据管理。Hina Nazli：写作 - 审阅与编辑。Amna Hassan：调查。Maryam Anwar：调查。Ayesha Akram：调查。
竞争性利益声明
作者声明，不存在可能影响本文所报告工作的已知竞争性经济利益关系或个人关系。
Zohra Nazir Kayani|Azka Nadeem|Hina Nazli|Amna Hassan|Maryam Anwar|Ayesha Akram
