《Journal of Organometallic Chemistry》：GO nanosheets and in Situ Ag nanoparticles deposition on cotton fabric for the Dip-Catalytic reduction of 4-Nitrophenol
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本研究通过声化学还原法在棉布基质上制备了Ag?@rGO/CF催化剂，结合GO纳米片增强催化性能。实验表明该催化剂在4-NP还原中表现出0.58 min?1的高效反应速率常数，并通过XRD、SEM、FTIR和TGA验证了其结构稳定性和均匀性，为环保水处理提供了可持续的催化解决方案。
阿里·马吉杜布（Ali Majdoub）| 希查姆·扎伊坦（Hicham Zaitan）
摩洛哥菲斯大学（Sidi Mohamed Ben Abdellah University）科学与技术学院材料与环境处理实验室（LPME），邮政编码2202，菲斯
摘要
本研究采用了一种简单、快速且高效的方法，旨在设计并制备一种新型异质催化剂，该催化剂以棉织物（CF）为基底，经过氧化石墨烯（GO）修饰，并负载银纳米颗粒（Ag?@rGO/CF）。将氧化石墨烯纳米片通过超声处理沉积在棉织物上，随后银纳米颗粒在氧化石墨烯表面发生还原反应并原位沉积，形成Ag?@rGO/CF。通过XRD、SEM、FTIR和TGA等技术分析了制备材料的表面形貌、晶体结构、化学性质及热稳定性。该催化剂具有6平方厘米的比表面积，在硼氢化钠（NaBH?）存在下，用于催化4-硝基苯酚（4-NP）还原为4-氨基苯酚（4-AP）的反应，反应过程通过UV-Vis光谱进行监测。实验结果表明，3×2厘米大小的Ag?@rGO/CF表现出最佳的催化性能，其表观反应速率为0.58分钟?1。该催化剂在多次催化循环中表现出良好的稳定性，未出现催化活性下降现象，因此被认为是适用于持久性催化过程的有前景的材料。
引言
工业废水中含有多种复杂污染物，这些污染物的降解与去除对人类健康构成严重威胁，尤其是其中的有毒和危险化学物质[1,2]。这些工业废水通常含有酚类物质和含有芳香族化合物的有机染料[3, [4], [5]]。4-硝基苯酚（4-NP）是最具代表性的污染物之一[6]。在制药行业中，4-氨基苯酚（4-AP）及其还原产物被用于制造多种退烧药和镇痛药[7]。因此，人们开展了大量研究以去除4-硝基苯酚，因为它既是许多药物的主要原料，又能通过催化作用转化为4-氨基苯酚[8,9]。目前已有多种技术用于处理这一问题，包括电化学处理、化学催化还原、光催化和生物降解[10,11]。研究表明，使用具有强催化活性的催化剂是有效降解4-硝基苯酚的方法[12,13]。
近年来，由于金属纳米颗粒具有优异的催化效率及其在各种技术应用中的潜力，尤其是其尺寸小且适用于还原反应的特性，因此受到了广泛关注[14,15]。银纳米颗粒因其在催化、水处理、抗癌、抗真菌和抗菌方面的多种应用而成为有前景的材料[16, [17], [18]]。通过调节纳米银颗粒的大小和分散性等参数，可以制备出具有不同性能的银纳米颗粒基催化剂[19,20]。然而，银纳米颗粒也存在一些缺点，主要与其毒性相关，这可能导致健康问题、环境损害以及宝贵资源的消耗[21,22]。此外，在催化过程中，银纳米颗粒容易形成胶体聚集体，从而降低催化剂的活性面积。为克服这些限制，将金属纳米颗粒固定在不活泼基质（载体）的大表面积上是一种有效的手段[23]。最新研究表明，将金属纳米颗粒嵌入不活泼基质中可以保持其原有性能，确保长期化学稳定性，并通过结合多种成分的特性实现特殊功能[24]。鉴于纺织纤维具有高孔隙率、低成本、优异的柔韧性、环保性和轻质等优点[25]，它们已成为理想的载体材料。特别是棉织物（CF），因其经济实惠、易于使用、耐用、轻便且环保等特性，在近年来受到了广泛关注[26]。通过在其表面固定不同纳米颗粒，棉织物还具备了自清洁、吸收紫外线、光催化和抗菌等独特性能[27]。金属纳米颗粒在棉纤维表面的稳定性和相容性是制备高效催化材料的关键因素[28]。为避免因组分不足导致的纳米颗粒聚集，需要确保它们在棉纤维表面均匀且稳定地分布。为此，人们采用了紫外线照射、等离子体处理、水解、胺解和臭氧氧化等多种表面改性方法[30,31]，但这些方法通常需要较长时间和能量，并可能使用有害物质。近年来，“浸涂”技术作为一种替代方案被广泛应用[32, [33], [34]]。二维材料如石墨氮化物[3]、氧化石墨烯（GO）和六方氮化硼（h-BN）因其在多种应用中的潜力而备受关注[35, [36], [37]]。其中，氧化石墨烯特别适合用于改性纺织表面，因为它含有羟基、羧基和环氧基等官能团，能够与纺织纤维形成牢固的相互作用，从而提高纳米颗粒的附着性和催化效率[33]。
本研究的目标是开发一种新型浸涂催化剂，该催化剂以棉织物为基底，表面覆盖氧化石墨烯纳米片并负载银纳米颗粒（GO/CF-Ag?）。具体方法是先将氧化石墨烯纳米片施加到棉织物上，再通过原位超声化学还原法沉积银纳米颗粒。
通过FTIR、XRD、TGA和SEM等物理化学方法对制备的棉基材料进行了全面表征，并通过4-硝基苯酚的还原反应评估了其催化性能。这些研究结果为开发大规模、低成本的基于功能化纺织材料的催化过程提供了新思路。
本工作的创新之处在于：基于棉织物制备了一种新型浸涂催化剂，该催化剂表面覆盖氧化石墨烯纳米片并原位沉积银纳米颗粒，实现了高催化活性与易于回收和重复使用的结合；同时证明了该催化剂在水相中高效且可持续地催化4-硝基苯酚的还原反应。
化学品
所有化学品均由摩洛哥菲斯的当地企业提供，包括石墨、硝酸钠（NaNO?）、硫酸（H?SO?）、氨（NH?）、过氧化氢（H?O?，浓度30%）、高锰酸钾（KMnO?）、肼（N?H?）、硼氢化钠（NaBH?）、硝酸银（AgNO?）和4-硝基苯酚（C?H?NO?），这些化学品在使用前无需进一步纯化。
氧化石墨烯纳米片的制备
首先采用Hummers法制备氧化石墨烯（GO）。
石墨材料的表征
通过FTIR光谱分析了氧化石墨烯以及棉织物基纳米复合材料（CF、GO/CF和Ag?@rGO/CF）中的化学键合和官能团（图2）。
FTIR光谱显示，氧化石墨烯在3392 cm?1、1720 cm?1、1624 cm?1、1225 cm?1和1056 cm?1处有吸收峰，分别对应于羟基（-OH）、羧基（C=O）、芳香基（C=C）、环氧基（C-O）和烷氧基（C-O-C）官能团。
结论
本研究成功开发了一种基于棉织物（CF）的柔性可重复使用浸涂催化剂，该催化剂表面覆盖氧化石墨烯纳米片并原位生成银纳米颗粒（Ag?@rGO/CF）。简单的低成本浸涂和还原工艺确保了氧化石墨烯和银纳米颗粒在棉织物上的有效结合，形成了稳定且附着力强的催化结构。
制备的Ag?@rGO/CF催化剂表现出优异的催化性能。
作者贡献声明
阿里·马吉杜布（Ali Majdoub）： 负责撰写初稿、软件开发、数据整理和概念构思。
希查姆·扎伊坦（Hicham Zaitan）： 负责审稿与编辑、结果验证、项目管理和概念指导。
利益冲突声明
作者声明不存在可能影响本研究结果的已知财务利益冲突或个人关系。
