DOI: https://doi.org/10.1007/s44371-026-00741-2
تاريخ النشر: 2026-05-23
المؤلف: Umar Farooq وآخرون
الموضوع الرئيسي: السيلينيوم في الأنظمة البيولوجية
نظرة عامة
تستكشف هذه الدراسة التخليق الأخضر لجزيئات السيلينيوم النانوية (Se NPs) باستخدام مستخلص الألوة فيرا كعامل مختزل ومستقر، مع التأكيد على إمكانياتها في التطبيقات الضوئية. تسلط الأبحاث الضوء على الحاجة إلى طرق تخليق صديقة للبيئة وتقييم الكفاءة الضوئية لجزيئات Se NPs المُصنّعة في تحلل صبغة الميثيلين الأزرق (MB) تحت ضوء الشمس الطبيعي، محققة كفاءة تحلل ملحوظة تبلغ 99.39% خلال 70 دقيقة. تم استخدام تقنيات توصيف مختلفة، بما في ذلك مطيافية الأشعة فوق البنفسجية، ومطيافية FTIR، والتشتت بالأشعة السينية (XRD)، والمجهر الإلكتروني الماسح (SEM)، لتحليل خصائص الجزيئات النانوية.
تكشف النتائج أن جزيئات Se NPs تظهر هيكلًا غير متبلور، مع صور SEM تُظهر جزيئات مجمعة بحجم ميكروي تأثرت بمستخلص الألوة فيرا. تشير تحليلات UV-Vis إلى تباينات في فجوة الطاقة لجزيئات Se NPs، مما يشير إلى تأثيرات الحجم الكمي بسبب المركبات النباتية الموجودة على سطحها. تؤكد نتائج FTIR وجود مجموعات وظيفية مثل Se-O، C-O، C=O، وO-H، مع تحولات طفيفة في مواقع القمم تشير إلى تأثير تركيز الألوة فيرا على خصائص الجزيئات النانوية. تستنتج الدراسة أن جزيئات Se NPs تولد بشكل فعال جذور حرة تسهل عملية الأكسدة، مما يبرز إمكانياتها في معالجة الملوثات السامة في الظروف الواقعية دون الحاجة إلى ضوء صناعي أو محفزات مساعدة. لا تقلل هذه الطريقة في التخليق الأخضر من النفايات الكيميائية فحسب، بل تساهم أيضًا في تطوير استراتيجيات مستدامة لمعالجة الملوثات العضوية عبر مختلف القطاعات الصناعية.
مقدمة
تناقش مقدمة ورقة البحث التأثير التحويلي للمواد النانوية، وخاصة أكاسيد المعادن ومركباتها، عبر مجالات مختلفة بسبب خصائصها الفيزيائية والبصرية والكيميائية الفريدة. من بين هذه المواد، جذبت جزيئات السيلينيوم النانوية (SeNPs) اهتمامًا كبيرًا لتطبيقاتها المتنوعة في الطب والإلكترونيات ومعالجة البيئة، وخاصة في التحلل الضوئي للملوثات العضوية. تنبع فعاليتها من قدرتها على امتصاص الضوء وتوليد أنواع الأكسجين التفاعلية، مما يسهل تحلل المركبات الضارة.
غالبًا ما تتضمن طرق التخليق التقليدية لجزيئات SeNPs مواد كيميائية خطرة وعمليات كثيفة الطاقة، مما يثير مخاوف بيئية. بالمقابل، تقدم طرق التخليق الأخضر التي تستخدم الموارد البيولوجية، مثل مستخلصات النباتات، بديلاً أكثر صداقة للبيئة. لا تبسط هذه الطريقة عملية التخليق فحسب، بل تعزز أيضًا التوافق الحيوي وتقلل من السمية، مما يجعل جزيئات SeNPs أكثر ملاءمة للتطبيقات البيئية والطبية الحيوية. تبرز الورقة الألوة فيرا كنوع نباتي فعال بشكل خاص في التخليق الأخضر لجزيئات SeNPs، نظرًا لمحتواها الغني من المركبات النباتية، التي تعمل كعوامل مختزلة ومستقرة. تشمل الآليات المعنية تقليل أيونات Se⁴⁺ إلى سيلينيوم عنصري تسهله مجموعات الهيدروكسيل والكربونيل في الفلافونويدات، بينما تعمل السكريات المتعددة على استقرار الجزيئات النانوية، مما يمنع التكتل ويضمن شكلًا مناسبًا للنشاط التحفيزي.
طرق
تحدد القسم التجريبي من ورقة البحث المنهجيات المستخدمة للتحقيق في الأسئلة البحثية المطروحة. يوضح تصميم التجارب، بما في ذلك اختيار المواد والمعدات والإجراءات المحددة المتبعة لضمان قابلية التكرار وموثوقية النتائج. قد يصف القسم أيضًا التحليلات الإحصائية المستخدمة لتفسير البيانات، مع تسليط الضوء على أي تدابير تحكم تم تنفيذها للتخفيف من التحيزات المحتملة.
تُعرض النتائج الرئيسية من التجارب، مع التأكيد على أهمية النتائج بالنسبة للفرضيات. قد يتضمن القسم مناقشات حول قيود التصميم التجريبي واقتراحات لتوجيهات البحث المستقبلية للبناء على النتائج. بشكل عام، يعمل هذا القسم كأساس حاسم لفهم الأدلة التجريبية التي تدعم استنتاجات الدراسة.
نتائج
تظهر نتائج الدراسة التخليق الناجح لجزيئات السيلينيوم النانوية (SeNPs) باستخدام مستخلص الألوة فيرا، والتي تم توصيفها بواسطة التشتت بالأشعة السينية (XRD) والمجهر الإلكتروني الماسح (SEM). أشار تحليل XRD إلى مرحلة سداسية مع مجموعة فراغية P3121، مما يكشف عن طبيعة غير متبلورة بسبب تأثير المركبات النشطة حيويًا في مستخلص الألوة فيرا التي تعمل كعوامل تغليف. أظهرت صور SEM توزيعًا متنوعًا لحجم الجزيئات يتراوح من 1 إلى 20 ميكرومتر، مع زيادة التكتل الملحوظ عند تركيزات أعلى من مستخلص الألوة فيرا، مما قد يعزز استقرار الجزيئات النانوية وتجمعها.
تم تحديد أربع قمم هامة في تحليل الأشعة تحت الحمراء بتحويل فورييه (FTIR)، مما يؤكد وجود روابط السيلينيوم-الأكسجين والمركبات العضوية من مستخلص الألوة فيرا، والتي تساهم في استقرار الجزيئات النانوية. كشفت مطيافية UV-Vis عن طاقة فجوة تبلغ 2.55 eV لجزيئات SeNPs المُصنّعة بتركيز 20/30 مل، مما يشير إلى إمكانياتها في امتصاص الفوتونات بكفاءة ونشاط ضوئي. حقق التحلل الضوئي لصبغة الميثيلين الأزرق (MB) تحت إشعاع الشمس كفاءة ملحوظة بلغت 99.39% خلال 70 دقيقة، مما يبرز فعالية جزيئات SeNPs التي تم وساطتها بواسطة الألوة فيرا في معالجة البيئة. تؤكد هذه الدراسة على إمكانيات جزيئات SeNPs المُصنّعة بطريقة خضراء كتحفيزات مستدامة وفعالة لمعالجة مياه الصرف، خاصة في المناطق التي تتمتع بكميات وفيرة من ضوء الشمس.
مناقشة
تناقش الأبحاث التخليق الأخضر لجزيئات السيلينيوم النانوية (SeNPs) باستخدام مستخلص أوراق الألوة فيرا، مع التأكيد على كفاءتها الضوئية في تحلل الملوثات العضوية، وخاصة صبغة الميثيلين الأزرق. تسلط الدراسة الضوء على أن جزيئات SeNPs المُصنّعة تظهر خصائص مثل المسامية العالية، ومساحة السطح، وفجوة الطاقة القابلة للتعديل، والتي تعتبر حاسمة للتطبيقات البيئية. وُجد أن فجوة الطاقة لهذه الجزيئات النانوية، المتأثرة بتأثيرات الحجم الكمي والتغليف النباتي، أكبر من تلك الخاصة بجزيئات SeNPs المنتجة عبر الطرق التقليدية. يهدف تحسين تركيز مستخلص الألوة فيرا وأملاح السيلينيوم أثناء التخليق إلى تعزيز القدرات الضوئية لجزيئات SeNPs، مما يُظهر إمكانياتها في معالجة البيئة المستدامة دون الحاجة إلى معدات معقدة.
تؤكد تقنيات التوصيف، بما في ذلك التشتت بالأشعة السينية (XRD)، والمجهر الإلكتروني الماسح (SEM)، ومطيافية الأشعة فوق البنفسجية (UV-Vis)، ومطيافية الأشعة تحت الحمراء بتحويل فورييه (FTIR)، الخصائص الهيكلية والشكلية والكيميائية لجزيئات SeNPs المُصنّعة. تكشف الاختبارات الضوئية عن تحلل ملحوظ بنسبة 99.39% لصبغة الميثيلين الأزرق خلال 70 دقيقة، مع ثابت معدل يبلغ 0.0058 م⁻¹، مما يشير إلى فعالية جزيئات SeNPs في توليد جذور حرة تسهل عملية التحلل. بشكل عام، تؤكد النتائج على وعد جزيئات SeNPs المُصنّعة بطريقة خضراء كتحفيزات فعالة لمعالجة الملوثات السامة، مما يساهم في تقدم تكنولوجيا النانو الصديقة للبيئة في التطبيقات البيئية.
DOI: https://doi.org/10.1007/s44371-026-00741-2
Publication Date: 2026-05-23
Author(s): Umar Farooq et al.
Primary Topic: Selenium in Biological Systems
Overview
This study investigates the green synthesis of selenium nanoparticles (Se NPs) using aloe vera extract as a reducing and stabilizing agent, emphasizing their potential for photocatalytic applications. The research highlights the need for environmentally friendly synthesis methods and evaluates the photocatalytic efficiency of the synthesized Se NPs in degrading methylene blue (MB) dye under natural sunlight, achieving a remarkable degradation efficiency of 99.39% over 70 minutes. Various characterization techniques, including UV spectroscopy, FTIR spectroscopy, X-ray diffraction (XRD), and scanning electron microscopy (SEM), were employed to analyze the properties of the nanoparticles.
The findings reveal that the Se NPs exhibit an amorphous structure, with SEM images showing micro-sized aggregated particles influenced by the aloe vera extract. The UV-Vis analysis indicates variations in the band gap of the Se NPs, suggesting quantum size effects due to the phytochemicals present on their surface. FTIR results confirm the presence of functional groups such as Se-O, C-O, C=O, and O-H, with slight shifts in peak positions indicating the impact of aloe vera concentration on nanoparticle characteristics. The study concludes that the Se NPs effectively generate free radicals that facilitate the oxidation process, underscoring their potential for treating toxic pollutants in real-world conditions without the need for artificial light or co-catalysts. This green synthesis approach not only minimizes chemical waste but also contributes to developing sustainable strategies for organic pollutant remediation across various industrial sectors.
Introduction
The introduction of the research paper discusses the transformative impact of nanosized materials, particularly metal oxides and their composites, across various fields due to their unique physical, optical, and chemical properties. Among these, selenium nanoparticles (SeNPs) have garnered significant attention for their diverse applications in medicine, electronics, and environmental remediation, particularly in photocatalytic degradation of organic pollutants. Their effectiveness stems from their ability to absorb light and generate reactive oxygen species, facilitating the breakdown of harmful compounds.
Traditional synthesis methods for SeNPs often involve hazardous chemicals and energy-intensive processes, raising environmental concerns. In contrast, green synthesis methods utilizing biological resources, such as plant extracts, offer a more eco-friendly alternative. This approach not only simplifies the synthesis process but also enhances biocompatibility and reduces toxicity, making SeNPs more suitable for environmental and biomedical applications. The paper highlights aloe vera as a particularly effective plant for the green synthesis of SeNPs, owing to its rich phytochemical content, which serves as both reducing and stabilizing agents. The mechanisms involved include the reduction of Se⁴⁺ ions to elemental selenium facilitated by hydroxyl and carbonyl groups in flavonoids, while polysaccharides stabilize the nanoparticles, preventing agglomeration and ensuring a favorable morphology for catalytic activity.
Methods
The experimental section of the research paper outlines the methodologies employed to investigate the research questions posed. It details the design of the experiments, including the selection of materials, equipment, and the specific procedures followed to ensure reproducibility and reliability of results. The section may also describe the statistical analyses used to interpret the data, highlighting any control measures implemented to mitigate potential biases.
Key findings from the experiments are presented, emphasizing the significance of the results in relation to the hypotheses. The section may include discussions on the limitations of the experimental design and suggestions for future research directions to build upon the findings. Overall, this section serves as a critical foundation for understanding the empirical evidence supporting the study’s conclusions.
Results
The results of the study demonstrate the successful synthesis of selenium nanoparticles (SeNPs) using aloe vera extract, characterized by X-ray diffraction (XRD) and scanning electron microscopy (SEM). The XRD analysis indicated a hexagonal phase with a P3121 space group, revealing an amorphous nature due to the influence of bioactive compounds in the aloe vera extract that act as capping agents. The SEM images showed a diverse particle size distribution ranging from 1 to 20 micrometers, with increased agglomeration observed at higher concentrations of aloe vera extract, which may enhance nanoparticle stability and aggregation.
Four significant peaks were identified in the Fourier-transform infrared (FTIR) analysis, confirming the presence of selenium-oxygen bonds and organic compounds from the aloe vera extract, which contribute to the stabilization of the nanoparticles. The UV-Vis spectroscopy revealed a bandgap energy of 2.55 eV for SeNPs synthesized with a 20/30 ml concentration, indicating their potential for efficient photon absorption and photocatalytic activity. The photocatalytic degradation of methylene blue (MB) dye under sunlight irradiation achieved a remarkable efficiency of 99.39% within 70 minutes, highlighting the effectiveness of the aloe vera-mediated SeNPs in environmental remediation. This study underscores the potential of green-synthesized SeNPs as sustainable and efficient photocatalysts for wastewater treatment, particularly in regions with abundant sunlight.
Discussion
The research discusses the green synthesis of selenium nanoparticles (SeNPs) using aloe vera leaf extract, emphasizing their photocatalytic efficiency in degrading organic pollutants, specifically methylene blue dye. The study highlights that the synthesized SeNPs exhibit properties such as high porosity, surface area, and tunable bandgap, which are crucial for environmental applications. The bandgap of these nanoparticles, influenced by quantum size effects and phytochemical capping, is found to be larger than that of SeNPs produced via conventional methods. The optimization of aloe vera extract and selenium salt concentrations during synthesis aims to enhance the photocatalytic capabilities of the SeNPs, demonstrating their potential for sustainable environmental remediation without the need for complex equipment.
Characterization techniques, including X-Ray Diffraction (XRD), Scanning Electron Microscopy (SEM), UV-Vis spectroscopy, and Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR), confirm the structural, morphological, and chemical properties of the synthesized SeNPs. The photocatalytic tests reveal a remarkable 99.39% degradation of methylene blue dye within 70 minutes, with a rate constant of 0.0058 m⁻¹, indicating the effectiveness of SeNPs in generating free radicals that facilitate the degradation process. Overall, the findings underscore the promise of green-synthesized SeNPs as efficient catalysts for the treatment of toxic pollutants, contributing to the advancement of eco-friendly nanotechnology in environmental applications.