DOI: https://doi.org/10.3389/fmats.2026.1741476
تاريخ النشر: 2026-01-28
المؤلف: John Britto Joseph Ignacy وآخرون
الموضوع الرئيسي: المواد النانوية للتفاعلات الحفزية
نظرة عامة
تقدم هذه الدراسة طريقة صديقة للبيئة لتخليق جزيئات النانو من الفضة (Ag) والنحاس (Cu) باستخدام المستخلص المائي من أزهار Tecoma stans (TS). أظهرت جزيئات النانو الناتجة أشكالًا كروية بشكل أساسي، مع أحجام متوسطة تبلغ 9.8 نانومتر للفضة و3.6 نانومتر للنحاس، كما أكدت تحليل حيود الأشعة السينية (XRD) على وجود بنية مكعبة مركزة الوجه (fcc). تم تقييم الأداء التحفيزي لهذه الجزيئات من خلال تقليل 4-نيتروفينول (4-NP) إلى 4-أمينوفينول (4-AP) في وجود بوروهيدريد الصوديوم (NaBH₄). ومن الجدير بالذكر أن جزيئات النانو من النحاس أظهرت كفاءة تحفيزية متفوقة، حيث حققت معدل تحويل قدره 93.5%، مع الحفاظ أيضًا على كفاءة 95% بعد خمس دورات تفاعل، مما يبرز قابليتها لإعادة الاستخدام.
تخلص الدراسة إلى أن تخليق جزيئات النانو من Ag وCu باستخدام مستخلص أزهار TS ليس فقط فعالًا من حيث التكلفة وسهلًا، بل أيضًا صديقًا للبيئة. أكدت تقنيات توصيف الهيكل، بما في ذلك مطيافية الأشعة فوق البنفسجية-المرئية، وتحليل FT-IR، وتصوير SEM/TEM، وXRD، على تشكيل هياكل نانوية كروية مستقرة. تتضمن الآلية التحفيزية نقل الإلكترونات الموجه من أيونات BH₄⁻ إلى 4-NP، مما يسهل تشكيل 4-AP. بشكل عام، تسلط النتائج الضوء على إمكانيات جزيئات AgNPs وCuNPs التي تم تخليقها بطريقة صديقة للبيئة لتطبيقات تحفيزية متنوعة، مع التأكيد على دور المركبات النباتية النشطة في الإنتاج المستدام للمواد النانوية الوظيفية.
مقدمة
تسلط المقدمة الضوء على المخاطر البيئية والصحية المرتبطة بـ 4-نيتروفينول (4-NP)، وهو مركب فينولي عطري يستخدم على نطاق واسع في مختلف الصناعات. تؤدي قابليته العالية للذوبان، واستقراره الكيميائي، وسوء قابليته للتحلل الحيوي إلى استمراره في النظم البيئية المائية، مما يسبب مشاكل صحية خطيرة مثل فقر الدم، والتسمم الكبدي، والسرطنة. صنفت وكالة حماية البيئة الأمريكية (US-EPA) 4-NP كملوث خطير، مما يفرض حدًا صارمًا قدره 10 جزء في البليون في المياه. وبالتالي، هناك حاجة ماسة إلى طرق فعالة لإزالة 4-NP من مياه الصرف الصحي.
تم استكشاف تقنيات معالجة متنوعة، بما في ذلك الامتصاص، والتخثر الكهربائي، والتحلل الضوئي، والتحلل الحيوي، وعمليات الأكسدة المتقدمة؛ ومع ذلك، غالبًا ما تواجه تحديات مثل أوقات التفاعل الطويلة، والطلب العالي على الطاقة، واستخدام المواد الكيميائية الضارة. وهذا يبرز الحاجة إلى بدائل أبسط، وفعالة من حيث التكلفة، وصديقة للبيئة. ظهرت المواد النانوية، وخاصة جزيئات النانو من المعادن النبيلة والمعادن الانتقالية مثل الفضة (Ag) والنحاس (Cu)، كمرشحين واعدين بسبب خصائصها المفيدة. بينما يمكن أن تكون طرق التخليق التقليدية لهذه الجزيئات غير مستدامة، تقدم هذه الدراسة نهج تخليق أخضر باستخدام مستخلص أزهار Tecoma stans لإنتاج جزيئات النانو من Ag وCu. لا تقتصر الدراسة على توصيف هذه الجزيئات الحيوية، بل تقيم أيضًا كفاءتها التحفيزية في تحويل 4-NP إلى 4-أمينوفينول، مما يوضح إمكانياتها في معالجة مياه الصرف الصحي المستدامة.
طرق
في القسم التجريبي، شملت تحضير مستخلص النبات من أزهار Tecoma stans عدة خطوات منهجية. تم جمع الأزهار الطازجة من كلية سانت كزافييه في بالايامكوتاي، تاميل نادو، الهند، وتم غسلها جيدًا بالماء المقطر (D.I. H₂O) لإزالة أي غبار وشوائب. ثم تم غمر حوالي 5 جرامات من الأزهار المفرومة ناعماً في 50 مل من D.I. H₂O وتم تعريضها للتسخين تحت الغليان عند 80 درجة مئوية لمدة 30 دقيقة.
بعد عملية التسخين تحت الغليان، تم تصفية المستخلص باستخدام ورق ترشيح واطمان وتم تنقيته بشكل إضافي من خلال الطرد المركزي. تم تخزين المستخلص النهائي عند 5 درجات مئوية لإجراء تحليلات لاحقة. ضمنت هذه الطريقة المنهجية استخراج المركبات النشطة بيولوجيًا من الأزهار لمزيد من التحقيق.
مناقشة
في هذه الدراسة، تم تخليق جزيئات النانو من الفضة (AgNPs) والنحاس (CuNPs) بنجاح باستخدام المستخلص المائي من أزهار Tecoma stans، والتي عملت كعوامل مختزلة ومثبتة بسبب محتواها الغني من الفلافونويدات والبوليفينولات. شمل التخليق تعديل الرقم الهيدروجيني لمخاليط التفاعل وتطبيق الإشعاع الميكروويف لتعزيز عملية الاختزال، مما أدى إلى عوائد عالية بلغت 15 ملغ لجزيئات AgNPs و24 ملغ لجزيئات CuNPs. أكدت تقنيات التوصيف، بما في ذلك مطيافية الأشعة فوق البنفسجية-المرئية، وFT-IR، وSEM، وTEM، وXRD، على تشكيل جزيئات نانوية كروية مع قمم مميزة لرنين البلازمون السطحي عند 422 نانومتر لجزيئات AgNPs و545 نانومتر لجزيئات CuNPs، مما يدل على نجاح التخليق والتثبيت.
تم تقييم الأنشطة التحفيزية لجزيئات النانو التي تم تخليقها من خلال تقليل 4-نيتروفينول (4-NP) إلى 4-أمينوفينول (4-AP) باستخدام بوروهيدريد الصوديوم (NaBH4). أظهرت كل من AgNPs وCuNPs كفاءات تحفيزية كبيرة بلغت 90% و93.5% على التوالي، مع ظهور AgNPs بسرعة أكبر في الديناميكا. تضمنت آلية الاختزال نقل الإلكترونات الذي يسهل بواسطة أسطح الجزيئات النانوية، مما يبرز دور المركبات النباتية في تثبيت الجزيئات النانوية وتعزيز خصائصها التحفيزية. تقدم هذه الدراسة طريقة فعالة من حيث التكلفة وصديقة للبيئة لتخليق المواد النانوية الوظيفية مع تطبيقات واعدة في التحفيز.
DOI: https://doi.org/10.3389/fmats.2026.1741476
Publication Date: 2026-01-28
Author(s): John Britto Joseph Ignacy et al.
Primary Topic: Nanomaterials for catalytic reactions
Overview
This research presents an eco-friendly method for synthesizing silver (Ag) and copper (Cu) nanoparticles using the aqueous extract of Tecoma stans (TS) flowers. The resulting nanoparticles exhibited predominantly spherical shapes, with average sizes of 9.8 nm for silver and 3.6 nm for copper, as confirmed by X-ray diffraction (XRD) analysis, which indicated a face-centered cubic (fcc) structure. The catalytic performance of these nanoparticles was evaluated through the reduction of 4-nitrophenol (4-NP) to 4-aminophenol (4-AP) in the presence of sodium borohydride (NaBH₄). Notably, the copper nanoparticles demonstrated superior catalytic efficiency, achieving a conversion rate of 93.5%, while also maintaining 95% efficiency after five reaction cycles, underscoring their reusability.
The study concludes that the synthesis of nanosized Ag and Cu using TS flower extract is not only cost-effective and straightforward but also environmentally benign. Structural characterization techniques, including UV-visible spectroscopy, FT-IR analysis, SEM/TEM imaging, and XRD, confirmed the formation of stable spherical nanostructures. The catalytic mechanism involves surface-mediated electron transfer from BH₄⁻ ions to 4-NP, facilitating the formation of 4-AP. Overall, the findings highlight the potential of green-synthesized AgNPs and CuNPs for various catalytic applications, emphasizing the role of bioactive phytochemicals in the sustainable production of functional nanomaterials.
Introduction
The introduction highlights the environmental and health risks associated with 4-nitrophenol (4-NP), a widely used aromatic phenolic compound in various industries. Its high solubility, chemical stability, and poor biodegradability lead to persistence in aquatic ecosystems, causing severe health issues such as anemia, hepatotoxicity, and carcinogenesis. The US-EPA has classified 4-NP as a hazardous pollutant, enforcing a stringent limit of 10 ppb in water. Consequently, effective removal methods for 4-NP from wastewater are critically needed.
Various treatment techniques, including adsorption, electrocoagulation, photocatalytic degradation, biodegradation, and advanced oxidation processes, have been explored; however, they often face challenges such as lengthy reaction times, high energy demands, and the use of harmful reagents. This underscores the need for simpler, cost-effective, and environmentally friendly alternatives. Nanomaterials, particularly noble and transition metal nanoparticles like silver (Ag) and copper (Cu), have emerged as promising candidates due to their advantageous properties. While traditional synthesis methods for these nanoparticles can be unsustainable, this study presents a green synthesis approach using Tecoma stans flower extract to produce Ag and Cu nanoparticles. The research not only characterizes these biosynthesized nanoparticles but also evaluates their catalytic efficiency in converting 4-NP to 4-aminophenol, demonstrating their potential for sustainable wastewater treatment.
Methods
In the experimental section, the preparation of the plant extract from Tecoma stans flowers involved several systematic steps. Fresh flowers were collected from St. Xavier’s College in Palayamkottai, Tamil Nadu, India, and were thoroughly washed with deionized water (D.I. H₂O) to eliminate any dust and impurities. Approximately 5 grams of the finely chopped flowers were then immersed in 50 mL of D.I. H₂O and subjected to reflux at 80 °C for 30 minutes.
Following the reflux process, the extract was filtered using Whatman filter paper and further purified through centrifugation. The final extract was stored at 5 °C for subsequent analyses. This methodical approach ensured the extraction of bioactive compounds from the flowers for further investigation.
Discussion
In this study, silver (AgNPs) and copper nanoparticles (CuNPs) were successfully synthesized using the aqueous extract of Tecoma stans flowers, which acted as both reducing and stabilizing agents due to its rich content of flavonoids and polyphenols. The synthesis involved adjusting the pH of the reaction mixtures and applying microwave irradiation to enhance the reduction process, resulting in high yields of 15 mg for AgNPs and 24 mg for CuNPs. Characterization techniques, including UV-visible spectrophotometry, FT-IR, SEM, TEM, and XRD, confirmed the formation of spherical nanoparticles with distinct surface plasmon resonance peaks at 422 nm for AgNPs and 545 nm for CuNPs, indicating successful synthesis and stabilization.
The catalytic activities of the synthesized nanoparticles were evaluated through the reduction of 4-nitrophenol (4-NP) to 4-aminophenol (4-AP) using sodium borohydride (NaBH4). Both AgNPs and CuNPs demonstrated significant catalytic efficiencies of 90% and 93.5%, respectively, with AgNPs exhibiting faster kinetics. The reduction mechanism involved electron transfer facilitated by the nanoparticle surfaces, highlighting the role of phytochemicals in stabilizing the nanoparticles and enhancing their catalytic properties. This research presents a cost-effective and environmentally friendly method for synthesizing functional nanomaterials with promising applications in catalysis.