《Journal of Molecular Structure》：Eco-friendly Synthesis of ZnO Nanoparticles Using Magnolia Macrophylla and Their Photocatalytic Applications: Photodegradation of Methylene Blue
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绿合成Magnolia macrophylla法制备的ZnO纳米颗粒经FT-IR、XRD、UV-DRS和SEM-EDX表征显示良好结晶性（99.51%）和纳米尺寸（56.87 nm），带隙2.87 eV。实验表明乙醇体系合成的ZnO在UV光下30分钟甲基蓝降解率达99.84%，可见光下60分钟效率97.51%，pH和催化剂用量显著影响降解效果。
Gorkem Ulker|Sedef Ozen|Semih Gorduk
土耳其伊斯坦布尔Yildiz技术大学化学系，邮编34220
摘要
本研究探讨了通过绿色合成方法制备的ZnO纳米颗粒在去除亚甲蓝有机染料方面的光催化性能。ZnO纳米颗粒采用Magnolia macrophylla作为原料合成，并通过FT-IR、XRD、UV-DRS和SEM-EDX技术进行了表征。XRD结果显示该纳米颗粒的结晶度为99.51%，晶粒尺寸为56.87纳米。UV-DRS分析结果与文献中报道的纯ZnO的特性一致，证实了合成的成功；其带隙能量确定为2.87电子伏特。通过紫外光和可见光照射下亚甲蓝的降解情况评估了其光催化活性。在pH值为14的乙醇介质中合成的ZnO在30分钟内实现了99.84%的降解率；而在蒸馏水中合成的ZnO在同一条件下120分钟内达到了98.91%的降解率。总体而言，结果表明绿色合成的ZnO纳米颗粒是处理含有有机染料的废水的有效光催化剂。
引言
水是所有生物体的重要资源，然而人口增长、城市化和工业化加剧了环境问题[1,2]。由于这些环境问题，纺织品废弃物（如有机染料[3]、农药[4]和重金属[5]）渗入水体并污染了饮用水资源[6]。由于这些污染物的生物降解性较差，它们会在水中和环境中长期存在，对所有生物产生负面影响[7]。因此，对环保、低成本且高效的废水处理方法的需求日益增加[8]。
废水处理可采用过滤[9]、絮凝[10]以及物理和化学处理[11]等方法。然而，这些方法往往无法有效去除有机污染物和重金属，并且需要大量的基础设施，使得传统处理过程成本高昂且效率低下[12,13]。利用开发的纳米光催化剂进行光催化是一种可持续的废水处理方案[15]。光催化是一种经济高效且实用的处理方法，因为光催化剂可重复使用，其中金属氧化物纳米颗粒是常用的催化剂[16,17]。使用传统方法合成金属氧化物纳米颗粒时所使用的化学原料具有毒性，可能对环境造成损害[18]。
近年来，低成本且环保的绿色合成方法被广泛用于解决这些问题[19]。在这种方法中，通常利用植物提取物来合成纳米颗粒[20]。在绿色合成过程中，从植物提取物中获得的金属氧化物纳米颗粒同时经历了还原和稳定处理[21]。植物中的萜类化合物[22]、黄酮类化合物[23]、酚酸和多酚[24]在绿色合成过程中起着还原和稳定的作用[25]。这些植物化学物质大量存在于植物的果实[26]、叶子[27]和种子[28]等部位。在绿色合成中，使用水或乙醇等绿色溶剂提取植物中的萜类化合物、酚酸、黄酮类化合物和多酚[29]。传统的化学合成方法成本高昂、具有毒性，且通常需要高温高压条件，存在环境和操作上的限制[30,31,32,33]。绿色合成方法不仅限于植物，还可以利用真菌[34]和藻类[35]等微生物[36]。选择植物作为原料的原因在于它们比微生物更具生物安全性[37]。光催化是一种光驱动的催化过程，半导体在光照下被激发，产生电子-空穴对[38]。光催化剂能够在不被消耗的情况下引发或加速光催化反应[39]。光催化可以去除废水中的有毒物质和细菌，并分解有机化合物[40]。
由于具有n型结构和良好的电子导电性，TiO2、ZnO、CuO和WO3等金属氧化物被广泛用作光催化剂。在光催化体系中，会生成羟基自由基和单线态氧等氧化自由基[41]。这些自由基与废水中的有机污染物反应，将其转化为CO2和H2O等无害化合物[42]。ZnO纳米颗粒具有n型结构、对光敏感、环保且无毒，因此比其他金属氧化物更具优势。其较大的表面积、低成本、化学稳定性和强的光催化活性使其在废水处理中得到广泛应用[43]。工业染料常被用作光催化研究中的模型污染物，其中亚甲蓝是一种广泛使用的工业染料，具有高毒性且难以生物降解，对生态系统和人类健康构成严重威胁[44,45,46]。
本研究利用Magnolia macrophylla通过绿色合成方法制备了ZnO纳米颗粒，并评估了其光催化性能。据我们所知，这种植物此前尚未被用于ZnO纳米颗粒的绿色合成。纳米颗粒在乙醇和蒸馏水中合成后进行了表征，并在不同pH值和催化剂用量下测试了其对亚甲蓝的降解效果。结果表明Magnolia macrophylla是一种有效的绿色光催化源。
设备与材料
ZnCl2?4H2O（Merck公司，ACS试剂，纯度≥98.0–100.5%），超纯蒸馏水（Millipore Milli-Q Direct 16仪器制备），乙醇（Honeywell公司，纯度≥99.8%），烧杯，锥形瓶，量筒，移液管，滴定管，漏斗，研钵，加热搅拌器，磁力搅拌棒，滤纸，氮气（N2），冷凝器，光反应器。本研究合成的ZnO纳米颗粒的FT-IR分析使用Thermo Fisher Scientific NICOLET IS10光谱仪（配备ATR采样附件）进行。
ZnO纳米颗粒的表征
图1显示了ZnO纳米颗粒在乙醇和蒸馏水中的FT-IR光谱。光谱中3420和3148 cm?1处的峰与-OH基团相关，可能来源于结构中的残留水分。此外，2343、2342、1528、1522、1035和1033 cm?1处的峰对应于植物提取物中存在的芳香化合物的C–H弯曲振动。另外，在533 cm?1处观察到的特征峰...
结论
本研究采用无毒溶剂和Magnolia macrophylla通过绿色合成方法成功制备了ZnO纳米颗粒。表征结果（XRD、SEM-EDX、FT-IR和UV-DRS）证实这些纳米颗粒为纳米级，具有六方晶体结构。通过在不同pH值和催化剂用量下紫外光和可见光照射下亚甲蓝的降解情况评估了其光催化性能。在乙醇中合成的ZnO纳米颗粒表现出更强的...
致谢
本研究得到了土耳其科学技术研究委员会（TüBITAK 2209-A-本科生研究项目支持计划，项目编号：1919B012461873）和Y?ld?z技术大学科学研究项目协调部门（项目编号：FLO-2025-7513）的支持。
作者贡献声明
Gorkem Ulker：撰写初稿，资料收集，方法设计，实验实施，数据分析，概念构建。Sedef Ozen：撰写初稿，资料收集，方法设计，实验实施，数据分析，概念构建。Semih Gorduk：审稿与编辑，撰写初稿，项目监督，方法设计，实验实施，数据分析，概念构建。
利益冲突声明
作者声明不存在可能影响本文研究结果的已知财务利益或个人关系。
