《Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects》：Lignin-based copper nanochains with efficient catalytic performance and enhanced photothermal effects
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纳米铜材料绿色制备与多功能应用研究。采用胺化碱木素（AAL）作为还原剂和稳定剂，成功合成一维AAL@Cu纳米链，实现形态可控。该材料在催化降解甲基橙（3秒）和甲基苯蓝（10秒）方面表现优异，对金黄色葡萄球菌具有100%抗菌活性，808nm激光下光热转换效率达49.4%。
张群|张磊|孙洋洋|孙晓|江伟坤|刘宇
山东省济南市齐鲁工业大学（山东省科学院）绿色造纸与资源回收国家重点实验室，邮编250353，中国
摘要
制备铜纳米材料的化学方法通常依赖于有毒的还原剂和高温条件，从而限制了所得产品的应用范围。虽然植物提取法可以避免这些问题，但其固有的复杂性使得产品形态的精确控制变得复杂。在本研究中，胺化碱木质素（AAL）同时充当了封端剂和还原剂，有效地促进了环保型一维CuO纳米链（AAL@Cu NCs）的制备。通过调整AAL与Cu2?溶液的体积比，可以精确控制材料的微观结构。研究表明，AAL@Cu NCs表现出显著的催化性能、抗菌特性和光热转换效率。具体来说，这些材料能够显著增强硼氢化钠对染料的还原作用，在10秒内完全降解50 mg/L的亚甲蓝（MB），在3秒内完全降解50 mg/L的甲基橙（MO）。杀菌实验表明，这些材料对金黄色葡萄球菌（Staphylococcus aureus）具有100%的杀灭效果。在808 nm激光照射下，2AAL@Cu NCs在90秒内温度迅速升高至180.7°C，并具有49.4%的光热转换效率。这些发现为铜纳米材料的环保生产提供了新的理论基础，并突显了它们的多功能应用前景。
引言
纳米结构金属氧化物被认为是一类新型纳米颗粒，因其优异的物理化学性质而受到广泛关注[1][2][3]。氧化铜（CuO）纳米材料展示了合成方法对形态和尺寸的显著影响。迄今为止，已经成功合成了多种纳米结构，包括纳米颗粒（NPs）、纳米链（NCs）、纳米线（NWs）、纳米片和纳米花[4][5][6]。与球形和立方形铜NPs相比，一维纳米结构具有更高的表面积、沿一维轴的高效电子传输、更好的机械强度以及更强的催化性能[7]。传统的一维铜纳米结构主要通过化学方法合成，如共沉淀、电化学技术、溶胶-凝胶过程和水热法[8][9]。这些方法通常需要有害的还原剂、挥发性有机溶剂和潜在的有毒化学前体，可能导致有害副产物的形成或有毒物质在产品表面的吸附，从而增加最终产品的毒性。植物提取物被认为是合成金属和金属氧化物纳米材料的重要资源[10][11]。这些提取物含有多种生物活性代谢物，如蛋白质、单宁、酚类化合物、萜类和黄酮类，它们作为稳定剂和还原剂将金属离子转化为NPs[12][13]。在整个过程中，金属离子（M）首先被植物提取物还原为M?，随后发生成核和生长；最终形成具有明确形态的纳米结构。一旦纳米材料在反应混合物中形成，可以通过简单的后处理步骤（如过滤、洗涤和干燥）轻松分离出最终产品。然而，植物提取物的复杂组成往往使得NPs形成机制的解析变得复杂，这给制备具有均匀形态、稳定性能和优异性能的金属NPs带来了挑战。因此，开发丰富、低成本且高效的天然还原剂对于铜纳米材料的可持续合成至关重要。
碱木质素（AL）是造纸工业制浆过程中产生的主要副产物，可以通过成熟的分离技术轻松获得。其分子结构保留了木质素固有的许多官能团，包括酚羟基、甲氧基和羧基。这些官能团使AL具有螯合金属离子并促进其还原的能力[14][15]。因此，AL及其衍生物作为环境友好的金属NPs合成还原剂具有巨大潜力，为传统化学还原剂提供了可持续的替代方案。陈等人开发了一种木质素/铜纳米复合材料，该材料表现出优异的水分散性、强大的抗菌活性和无细胞毒性[16]。谢等人利用木质素磺酸盐（LS）成功制备了木质素-硫化铜（LS-CuS）纳米复合材料。所得材料通过光热效应和模拟过氧化物酶的催化活性表现出优异的抗菌效果[17]。迄今为止，大多数研究主要集中在铜NPs或复合材料上；然而，尚未有关于从木质素合成一维铜NCs的研究，也未探讨其形成机制。
鉴于AL的水溶性较差且需要强碱性条件才能溶解，本研究采用盐酸乙二胺（EDH）对AL进行胺化处理，获得了水溶性增强的AAL。通过利用乙二胺（EDA）对铜纳米线生长的影响以及AAL对金属离子的螯合和还原性能，AAL可以在铜纳米颗粒的合成过程中同时充当还原剂和稳定剂，从而促进一维AAL@Cu NCs的形成。这些材料表现出出色的光热转换、抗菌和催化性能，展示了在多个领域的广泛应用潜力。本研究实现了AAL@Cu纳米材料的绿色合成，并推进了对铜基纳米材料形态控制的理论理解。
材料
碱木质素（AL）购自Sigma-Aldrich公司。盐酸乙二胺（EDH）、CuO、Cu(NO?)?、甲醛（37-40%）、氢氧化钠（NaOH）、磷酸盐缓冲液（PBS）、亚甲蓝（MB）和甲基橙（MO）购自Macklin Biochemical Technology有限公司。硼氢化钠（NaBH?）购自天津大茂化工试剂厂。大肠杆菌（E. coli，ATCC 25922）和金黄色葡萄球菌（Staphylococcus aureus，ATCC 6538）购自北京宝藏生物科技有限公司。
AAL@Cu NCs的制备与结构
使用植物提取物合成铜NPs的常用方法是将提取物与前驱体混合，并在特定温度下连续搅拌一段时间[13]。植物来源的代谢物将Cu2?还原为Cu?，然后Cu?氧化生成CuO，从而实现铜纳米材料的合成。在本研究中，通过将AAL与Cu(NO?)?溶液以2:1、3:1、4:1、5:1和6:1的比例混合，在室温下合成了AAL@Cu NCs。该过程如图1所示。
结论
本研究通过将AAL同时用作还原剂和稳定剂，成功合成了具有均匀形态的一维AAL@Cu NCs，证明了其在制备过程中的双重功能。该方法不仅消除了传统Cu NCs合成过程中对有毒化学试剂的需求，还有效解决了使用植物提取物作为还原剂时产品形态不一致的技术问题。所制备的材料可以
作者贡献声明
张群：撰写——初稿。
张磊：撰写——审稿与编辑。
孙洋洋：监督、资源提供。
孙晓：验证。
江伟坤：概念构思。
刘宇：监督、资金筹集。
利益冲突声明
作者声明以下可能被视为潜在利益冲突的财务利益/个人关系：刘宇报告称获得了中国国家自然科学基金会的财政支持。如果还有其他作者，他们声明没有已知的可能影响本文工作的财务利益或个人关系。
致谢
本研究的资金支持来自中国国家自然科学基金会（项目编号32171718）。齐鲁工业大学（山东省科学院）绿色造纸与资源回收国家重点实验室的重大科学研究项目（项目编号2025ZDGZ02）也为本研究提供了资金支持。
利益冲突声明
本研究不存在利益冲突。
