《Materials Research Bulletin》：Sustainable synthesis of dual-functional 1D α-MoO
3 nanorods for efficient photocatalytic detoxification of various environmental emerging pollutants and antimicrobial activity
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本研究采用非洲紫檀果叶提取物绿色合成1D α-MoO?纳米杆，具有优异光催化降解甲基橙（95.87%）和甲基绿（94.86%）性能，90分钟内完成，并表现出显著抗菌活性，对Edwardsiella tarda等病原体有效，为环保和生物医学应用提供新材料。
Prammitha Rajaram|D. Shanmugapriya|Durai Mani|Fahad A Alharthi|Shanmugam Vignesh
印度泰米尔纳德邦Nattalam的Immanuel Arasar J.J.工程学院物理系，邮编629 165。
摘要
水污染对人类健康和生态系统构成了严重威胁，其长期影响波及植物激素和微生物群落。为应对这些挑战，研究人员正在积极探索高性能光催化材料，作为一种经济有效的方法来降解有毒污染物并对抗细菌耐药性。本文提出了一种环保的自下而上方法，利用富含丙基和酮基的果实和叶提取物合成一维α-MoO?纳米棒（NRs）。通过粉末X射线衍射（XRD）验证，MoO? NRs具有正交结构。FESEM和EDS结果显示其具有棒状形态和特定的元素组成。合成的α-MoO? NRs在可见光照射下90分钟内对甲基橙（MO）和甲基绿（MG）的降解效率分别达到95.87%和94.86%。此外，该材料对Edwardsiella tarda（24分钟）、Klebsiella pneumoniae（25分钟）和Candida albicans（21分钟）表现出显著的抗菌活性。这些发现表明α-MoO? NRs在废水处理和生物应用方面具有潜力。
引言
全球范围内，环境污染是一个重大问题。由于亚洲工业部门的快速发展[1]，这一问题尤为突出。这也与许多亚洲国家的人口增长密切相关。减少水污染有助于改善当前状况。河流、湖泊和池塘等淡水资源对人类和其他生物的生存与进化至关重要[2]。工业染料废水是破坏水体自然特性、威胁环境安全并危害人类健康和生态系统的有害污染物之一[3,4]。许多染料分子及其转化产物会导致遗传突变、皮肤刺激和过敏反应等生物毒性[5]。必须清除水中的有毒染料，以确保所有生命形式能够持续获得这一重要营养物质[6]。即使在极低浓度下，染料对人类和微生物也是极其危险的[7,8]。选择甲基橙（MO）和甲基绿（MG）作为典型染料，是因为它们在纺织、造纸和印刷等行业中被广泛使用。这两种染料具有较高的化学稳定性，并且难以自然降解，因此会在水生环境中积累，对生态系统和人类健康构成严重威胁。因此，世界各地的科学家希望利用科学手段解决这一问题。目前已采用多种策略来处理废水，如反渗透、吸附、超滤、沉淀和光催化[9,10]。虽然这些方法可以有效去除有害污染物，但过程中也可能产生其他有害化学物质。因此，研究人员正致力于利用光催化方法去除有害染料。光催化因其高效性、低毒性、快速简便且成本低廉而成为一种环保的有机污染物处理方式[11]。光催化剂的大小、孔隙率、表面积和形状都会影响其催化活性。例如，一维（1-D）纳米材料由于具有独特的层状晶体结构和能够插入不同离子的能力，比零维（0-D）纳米材料具有更大的反应表面积，从而表现出更好的催化性能[12]。
耐药性病原体引发的微生物感染已成为全球性的健康问题，亟需开发创新的抗菌技术。Edwardsiella tarda和Klebsiella pneumoniae因对健康和经济的重大影响而备受关注。这些微生物常见于受污染的水源和临床环境中，表现出多重耐药性，导致严重疾病。Edwardsiella tarda是一种兼性厌氧菌，属于革兰氏阴性菌，可引发败血症、胃肠炎等严重疾病；Klebsiella pneumoniae是一种革兰氏阴性机会性细菌，是医院获得性感染（如败血症、肺炎和尿路感染）的主要致病菌。多重耐药性的K. pneumoniae菌株的出现使治疗变得更加困难，例如产生碳青霉烯酶和广谱β-内酰胺酶的菌株。此外，作为人体微生物组组成部分的Candida albicans》这种双相真菌也可能转变为机会性病原体，引发从轻微黏膜疾病到潜在致命的全身性感染。因此，迫切需要具有改进光催化和抗菌性能的新材料。本研究制备的一维α-MoO?纳米棒在环境和临床应用中具有巨大潜力。
半导体光催化剂是去除废水中有害物质的最有前景的催化剂之一。多种有机污染物可通过纳米材料分解，且某些酶对它们具有极高的敏感性[13]。基于独特的物理化学性质，多种无机半导体（如ZnO、NiO、TiO?、WO?、MnO和MoO?）被用于催化染料降解[14-16]。其中，钼氧化物（MoO?）作为一种氧化剂，在能源、电子、生物和光学系统中有广泛应用[17]。由于其优异的物理化学特性，MoO?在许多领域都具有重要意义。钼 trioxide 在350°C以上温度下呈正交结构（α-MoO?），而六方（h-MoO?）和单斜（β-MoO?）结构在此温度下则不稳定[18]。根据Rajiv Chandar等人的研究（2020），MoO?在不同合成条件下可结晶为六方或矩形片状[18]。正交结构的MoO?具有更高的热稳定性[19]。由于其广泛的应用，它通常是研究重点[19]。这种结构由八面体MoO?共价双层构成。当MoO?形成棱柱状时，其六方结构（h-MoO?）具有独特的形态，这使其成为有吸引力的材料。MoO?还具有强氧化性，可用于多种化学反应和催化过程[20]。
本研究采用了多种方法制备不同形态的MoO?结构，包括绿色合成、微波法、火焰合成、共沉淀、水热法、声化学法和电化学法[21]。但这些方法常涉及使用有害化学物质、高温和长时间反应，导致副产物产生和能源消耗增加，从而引发可持续性问题和环境风险。因此，我们提出了一种低能耗、环保的合成策略，利用植物提取物实现绿色合成[22]。植物提取物中的多种生物活性成分可作为成核和封端剂，用于制备金属氧化物纳米颗粒（NPs）。然而，开发生物相容性高、毒性低且多功能性的NPs仍是研究热点。
在本研究中，Kigelia africana被选为绿色还原和稳定剂，用于环保合成MoO?纳米棒。尽管先前研究使用了Terminalia arjuna、Cissus quadrangularis、Rosa rubiginosa和Tridax procumbens等植物提取物，但具有独特优势：其提取物富含酚类、黄酮类、鸢尾素和萘醌等生物活性物质，这些成分可促进纳米颗粒的成核和稳定。此外，其强抗氧化性有助于形成结构均匀的纳米颗粒。Kigelia africana是绿色合成的理想选择，可制备具有优异光催化和抗菌性能的MoO?纳米棒。其叶、果和树皮提取物可用于治疗银屑病、湿疹和真菌感染。这些植物废弃物还能增加土壤养分，提高土壤肥力[23]。初步研究表明，该植物提取物可能具有抗癌作用，尤其是对黑色素瘤等皮肤癌的疗效。研究表明，这些提取物具有抗菌特性，对多种寄生虫具有抑制作用。某些地区将其用于治疗肺炎和胸部感染。本研究利用Kigelia africana的果实和叶提取物合成了一维α-MoO?纳米棒，评估了其对甲基橙（MO）和甲基绿（MG）的抗菌和光催化性能。
材料
本研究购买了纯度为99%的七钼酸铵四水合物（NH?)?Mo?O??·4H?O（Loba Chemicals，印度）。同时购买了甲基橙（C??H??N?NaO?S）和甲基绿（C??H??N?Cl?），以及Whatman No. 1滤纸。所有化学物质均为分析纯度，使用前无需额外纯化。实验中使用的Kigelia africana植物采自印度泰米尔纳德邦Chennai的SSN学院。
Kigelia africana提取物的制备
收集了20克
MoO?纳米棒的光学性质
紫外-可见光吸收光谱显示了所合成材料的特征吸收波长，表明其具有相应的光学带隙[26]。图2(A-B)展示了Kigelia africana叶和果提取物介导的MoO?纳米棒的光学带隙和吸收特性。MoO?纳米棒的紫外-可见光吸收光谱在紫外区域（约281至390纳米）显示出宽吸收带
结论
本研究采用可持续的绿色方法，利用Kigelia africana叶和果提取物合成一维α-MoO?纳米棒。XRD和SEM分析证实了其高度结晶的正交纳米棒结构，EDS和FT-IR光谱验证了其成分纯度和Mo–O–Mo键的特征。光学测量结果显示，根据所用生物提取物的不同，其带隙分别为2.65 eV和2.97 eV。
作者贡献
P. R.：概念构思、方法设计、监督、撰写-初稿与编辑、数据管理、验证；D. S.：正式分析、验证；D. M.：正式分析、验证；F. A.：正式分析、验证；S. V.：概念构思、方法设计、数据管理、验证-审稿与编辑；所有作者均参与了手稿的审阅。
CRediT作者贡献声明
Prammitha Rajaram：撰写-审稿与编辑、初稿撰写、验证、监督、方法设计、数据管理、概念构思。D. Shanmugapriya：验证、正式分析。Durai Mani：验证、正式分析。Fahad A Alharthi：验证、正式分析。Shanmugam Vignesh：撰写-审稿与编辑、验证、方法设计、数据管理、概念构思。
利益冲突声明
作者声明不存在可能影响本文研究的财务利益或个人关系。
致谢
作者感谢沙特阿拉伯利雅得King Saud大学的Ongoing Research Funding Program (ORF-2025-160) 的支持。
