g-C?N?/Ce?(WO?)?异质结光催化剂的绿色合成方法：该催化剂具有增强的抗菌活性，并在MCF-7细胞上进行了抗癌效果评估

《Journal of Alloys and Compounds Communications》：Green synthesis of g-C?N?/Ce?(WO?)? heterojunction photocatalyst with enhanced antimicrobial activity and anticancer evaluation on MCF-7 cells.

光催化纳米复合材料绿色合成及其多功能性能研究。采用印度凤叶提取液生物法合成g-C3N4/Ce2(WO4)3异质纳米结构，经XRD、SEM等表征证实异质结构效显著。材料在可见光下表现出91.15%的甲基橙降解率，对大肠杆菌抑菌圈22mm，抗癌活性突出，源于异质结增强电荷分离、光吸收红移及ROS高效生成机制，为环境治理和生物医药提供新材料。

　　本研究介绍了一种创新的绿色合成方法，用于制备具有增强光催化、抗菌和抗肿瘤性能的g-C?N?/Ce?(WO?)?纳米复合材料。这种复合材料通过一种简单的生物介导方法制备，并使用X射线衍射（XRD）、场发射扫描电子显微镜（FE-SEM）、高分辨透射电子显微镜（HR-TEM）、傅里叶变换红外光谱（FTIR）、紫外-可见漫反射光谱（UV-DRS）和X射线光电子能谱（XPS）等多种分析技术进行表征，以确认异质结的形成、光学行为以及表面化学特性。该纳米复合材料在太阳能驱动下表现出优异的光催化降解性能，能够有效分解甲基蓝（降解率高达91.15%）。同时，它在对抗大肠杆菌（抑菌圈直径为22毫米）和烟曲霉（抑菌圈直径为21毫米）方面也表现出显著的抗菌活性，并展现出一定的抗肿瘤潜力。这些结果归因于异质结构优化所带来的电荷分离效率提升、光吸收波长红移以及活性氧物种的生成。这种环保材料在环境修复和生物医学领域展现出广阔的应用前景。

在纳米结构氧化物半导体的研究中，这些材料因其在广泛设备中的应用潜力，如光催化剂、太阳能电池和气体传感器，而受到越来越多的关注。为了提高其性能，人们采用多种方法对其进行改性，例如与其他半导体氧化物的耦合、负载贵金属或掺杂过渡金属和稀土元素。然而，纳米颗粒并非单一类别，它们包括多种具有不同化学和物理特性的类型，如金属纳米颗粒（如W、Au、Ag、Zn、Cu）和多种金属氧化物纳米颗粒。此外，碳纳米材料（如还原氧化石墨烯、石墨烯、碳纳米管和g-C?N?）也被广泛应用于先进光催化剂的开发。其中，g-C?N?因其独特的电子结构，特别是类似于石墨烯的sp2键合特性，以及平面氮掺杂和缺陷的存在，而成为一种极具前景的异质结构光催化剂候选材料。与传统光催化剂相比，g-C?N?具有经济高效、低毒性和在可见光照射下高效性能的优势。而钨氧化物（WO?）因其在电子、医疗和光学工业中的广泛应用，以及作为n型半导体在气体传感中的第二重要地位，也备受关注。金属氧化物纳米颗粒，包括WO?，在废水处理、生物传感、气体检测、催化、能量存储、汽车催化转化器和医疗应用中被广泛使用。

全球范围内，大约有10,000种合成染料被商业销售，而人口对这些有害污染物的暴露也日益增加。特别是在纺织业中，废水污染成为一项重要的健康风险，与多种健康问题相关，如出生缺陷、恶心、头痛、皮肤刺激和皮疹。此外，它还对生态环境构成严重威胁，危害水生生态系统、生物多样性和依赖水体生存的人群健康。基于文献调研的上述发现，本研究采用Acalypha indica（印度南部传统草药）的叶提取物来合成一种新型的g-C?N?/Ce?(WO?)?纳米复合材料。通过多种分析技术对合成材料进行了全面表征，并对其光催化性能、抗菌性和抗肿瘤性进行了评估。尽管已有大量关于g-C?N?和WO?等单一成分的研究，但针对将g-C?N?与复杂氧化物如Ce?(WO?)?结合的绿色合成异质结构的研究仍较为有限。此外，这类纳米复合材料的多功能性，特别是其光催化、抗菌和抗肿瘤潜力，尚未得到充分研究。因此，本研究旨在报告一种通过Acalypha indica叶提取物绿色合成的新型g-C?N?/Ce?(WO?)?纳米复合材料，并对合成材料的性能进行全面评估，以探索其在多个领域的应用潜力。

本研究中所使用的材料均从Sigma Aldrich公司采购，并在未经过任何修饰的情况下使用。其中包括氢氧化钠、硝酸、钠钨酸（Na?WO?·2H?O）、六水合硝酸铈（Ce(NO?)?·6H?O）以及三聚氰胺（C?H?N?，纯度为99%）。在整个合成方法中，去离子水被用作溶剂，以去除杂质并作为溶解介质。Acalypha indica的叶提取物则从Annamalai大学校园内采集，随后经过一系列处理步骤，以提取其中的生物活性成分。这些成分在后续的纳米材料合成过程中起到关键作用，包括作为稳定剂和还原剂。

g-C?N?的合成采用直接煅烧法。具体步骤为：将5.0克三聚氰胺放入坩埚中，并在450°C下加热五小时。煅烧结束后，坩埚从炉中取出，并允许其自然冷却。最终得到的明亮黄色材料被确认为g-C?N?纳米片，并被收集。该材料的合成过程不仅简单，而且在环境友好性方面具有显著优势，避免了传统化学合成方法可能带来的污染和毒性问题。

为了进一步研究该纳米复合材料的结构特性，本研究采用X射线衍射（XRD）分析。在g-C?N?的XRD图谱中，27.3°处的明显峰对应于其石墨层状结构的层间堆叠，具体为（002）晶面。而37°处的较小峰则表明了g-C?N?的平面重复单元。这些结果与图1(a)中展示的XRD图谱一致。对于未掺杂的WO?材料，其XRD图谱显示为四方晶型，如图1(b)所示，对应JCPDS卡片号89-8764。相比之下，Ce?(WO?)?保持了单斜晶型，其衍射特性表明了其独特的晶体结构。这些XRD分析结果不仅验证了复合材料的组成，也为后续性能研究提供了结构基础。

为了进一步了解该纳米复合材料的表面形貌和微观结构，本研究采用场发射扫描电子显微镜（FE-SEM）和高分辨透射电子显微镜（HR-TEM）进行表征。FE-SEM图像显示，Ce?(WO?)?纳米颗粒在g-C?N?纳米片表面均匀分布，表明了异质结构的成功构建。HR-TEM图像进一步揭示了纳米颗粒与纳米片之间的界面特性，显示出清晰的异质结结构。这些微观结构特征不仅有助于理解材料的物理性质，也为后续性能评估提供了直观依据。

除了结构表征，本研究还通过傅里叶变换红外光谱（FTIR）分析了纳米复合材料的表面化学组成。FTIR图谱显示了g-C?N?和Ce?(WO?)?之间的相互作用，包括表面官能团的变化和化学键的形成。这些化学变化表明了材料在合成过程中可能发生的表面修饰和相互作用，从而影响其催化性能。此外，紫外-可见漫反射光谱（UV-DRS）分析进一步揭示了该纳米复合材料在可见光范围内的光吸收特性。与单一材料相比，该复合材料表现出更宽的光吸收范围，说明其在可见光驱动下的光催化性能得到了显著增强。这一特性对于实际应用中的太阳能利用具有重要意义。

X射线光电子能谱（XPS）分析进一步确认了纳米复合材料的表面化学状态。XPS图谱显示了g-C?N?和Ce?(WO?)?之间的电子相互作用，包括价态的变化和表面元素的分布。这些分析结果表明了材料在合成过程中可能发生的表面修饰和化学键合，从而影响其催化活性。通过这些多种分析技术，研究人员能够全面了解该纳米复合材料的结构、表面化学和光学特性，为后续性能评估和应用研究奠定了坚实基础。

在性能评估方面，本研究主要测试了该纳米复合材料的光催化活性，特别是在降解染料方面的表现。实验结果表明，该材料在可见光照射下能够有效降解甲基蓝，其降解率高达91.15%。这一结果归因于异质结构优化所带来的电荷分离效率提升，以及更宽的光吸收范围。此外，该材料在抗菌性方面也表现出显著效果，对大肠杆菌和烟曲霉的抑菌圈直径分别为22毫米和21毫米。这一抗菌活性表明了该材料在水处理和抗菌应用中的潜力。在抗肿瘤性方面，该材料显示出一定的细胞毒性，能够抑制癌细胞的生长。这些性能的综合表现，使得该纳米复合材料在环境修复和生物医学领域展现出广阔的应用前景。

为了进一步验证这些性能，本研究还进行了多种实验测试。在光催化降解实验中，该材料在可见光照射下表现出优异的降解能力，能够快速分解甲基蓝。而在抗菌实验中，该材料对大肠杆菌和烟曲霉表现出显著的抑制效果。在抗肿瘤实验中，该材料能够有效抑制癌细胞的生长，显示出一定的治疗潜力。这些实验结果不仅证明了该纳米复合材料的多功能性，也为其在实际应用中的可行性提供了支持。

此外，本研究还探讨了该纳米复合材料在不同环境条件下的稳定性。在不同pH值和温度条件下，该材料表现出良好的化学稳定性和物理稳定性，这表明其在实际应用中具有较高的耐久性。在可见光照射下，该材料能够持续发挥光催化作用，显示出其在环境修复中的优势。而在生物应用中，该材料表现出良好的生物相容性，这表明其在药物输送和生物医学领域的应用潜力。

综上所述，本研究通过绿色合成方法成功制备了一种新型的g-C?N?/Ce?(WO?)?纳米复合材料。该材料不仅在结构上表现出优异的异质结特性，还在光学、表面化学和性能方面展现出显著优势。通过多种分析技术，研究人员能够全面了解该材料的组成和特性，并通过实验验证其在光催化、抗菌和抗肿瘤方面的应用潜力。这一研究不仅为新型环保材料的开发提供了新的思路，也为其在环境修复和生物医学领域的应用奠定了基础。未来，该材料有望在更广泛的领域中得到应用，如废水处理、气体传感、药物输送和癌症治疗等。同时，该研究也为绿色合成方法在纳米材料制备中的推广提供了支持，推动了环保、可持续和高效材料的发展。