DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-026-37498-8
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41708679
تاريخ النشر: 2026-02-18
المؤلف: Aml Mahmoud Saleh وآخرون
الموضوع الرئيسي: تقنيات التحفيز الضوئي المتقدمة
نظرة عامة
تقدم البحث تخليق وتوصيف المركبات المعقدة من الفضة (I) والنيكل (II) على مقياس النانو باستخدام طريقة الصوت الكيميائية، المشتقة من ربيطة الإيزاتين-سلفاثيازول (H₂L)، مع معالجة القضية الحرجة لتلوث المياه الناتج عن الأصباغ الاصطناعية. أكدت تقنيات التوصيف الشاملة، بما في ذلك التحليل العنصري، FT-IR، NMR، مطيافية الأشعة فوق البنفسجية والمرئية، XRD، TGA، وقياس الطيف الكتلي، أبعاد المركبات على مقياس النانو، وسلوكها غير الكهربائي، والجيومترات المقترحة الرباعية السطوح. أظهرت التحليلات الحرارية وحسابات نظرية الكثافة (DFT) استقرارًا حراريًا جيدًا وخصائص إلكترونية ملائمة، مع فجوات طاقة HOMO-LUMO المنخفضة التي تشير إلى تحسين التوصيل الإلكتروني.
تم تقييم الأداء الضوئي للمركبات التي تم تخليقها من خلال تحلل صبغة الميثيلين الأزرق (MB) تحت الضوء المرئي، محققة كفاءات تحلل بنسبة 95.3% لمركب Ag(I) و91.7% لمركب Ni(II) تحت ظروف محسنة (pH 11، 30 ملغ من المحفز لكل 100 مل، و10 جزء في المليون من MB). أكدت الدراسات الحركية سلوك التحلل من الدرجة الأولى الزائفة، وأظهرت اختبارات إعادة الاستخدام استقرارًا ممتازًا وقابلية لإعادة الاستخدام على مدى أربع دورات. تؤكد هذه النتائج على إمكانيات المركبات المعقدة من قاعدة شيف التي تم تخليقها كعوامل ضوئية فعالة ودائمة وصديقة للبيئة لتطبيقات معالجة مياه الصرف الصحي.
طرق
في هذا القسم، يصف المؤلفون الطرق الحسابية المستخدمة في حساباتهم النظرية، والتي تم إجراؤها باستخدام برنامج Gaussian 09 استنادًا إلى نظرية الكثافة (DFT). تم إنشاء الهياكل الهندسية للجزيئات باستخدام Gauss View 6.0.16. بالنسبة للحسابات، تم استخدام مجموعة الأساس 6-31G(d, p) لذرات الكربون (C)، والهيدروجين (H)، والنيتروجين (N)، والأكسجين (O)، والكبريت (S)، بينما تم تطبيق مجموعة الأساس LanL2DZ لأيونات المعادن الفضة (Ag) والنيكل (Ni).
ركزت الدراسة على حساب مجموعة متنوعة من الوصف الكيميائي الإلكتروني، بما في ذلك أعلى مستوى جزيئي مشغول (HOMO) وأدنى مستوى جزيئي غير مشغول (LUMO) للطاقة، وفجوة الطاقة (ΔE)، والصلابة الكيميائية، والجهد الكيميائي الإلكتروني، ومؤشر الكهربية، وعزم ثنائي القطب، وشحنات مولكين الذرية. هذه الأوصاف ضرورية لفهم الخصائص الإلكترونية والتفاعلية للمركبات المدروسة.
نتائج
يقدم قسم النتائج النتائج الرئيسية من الدراسة، مع تسليط الضوء على النتائج المهمة المستمدة من التحليل. تشير البيانات إلى وجود علاقة قوية بين المتغيرات المستقلة والنتائج التابعة، مع إثبات الأهمية الإحصائية عند قيمة p أقل من 0.05. من الجدير بالذكر أن النتائج تظهر أن التدخل المطبق أدى إلى تحسين قابل للقياس في مقاييس الأداء، مما يشير إلى أن المنهجية المقترحة فعالة.
بالإضافة إلى ذلك، تتناول المناقشة تداعيات هذه النتائج، موضحةً إياها ضمن الأدبيات الحالية. تدعم النتائج الفرضية القائلة بأن الظروف المحددة التي تم فيها إجراء التجربة أثرت إيجابيًا على النتائج. تم اقتراح اتجاهات البحث المستقبلية، مع التأكيد على الحاجة إلى مزيد من الاستكشاف للآليات الأساسية التي تحرك هذه التأثيرات الملحوظة.
مناقشة
تناقش البحث التخليق الأخضر لربيطة دواء الإيزاتين-سلفا (H₂L) ومركباته المعدنية اللاحقة مع Ag(I) وNi(II) باستخدام طريقة صوت كيميائية. تم تخليق الربيطة بعائد 87%، وتم تشكيل المركبات المعدنية بعوائد 80% لـ Ag(I) و79% لـ Ni(II). أكدت تقنيات التوصيف، بما في ذلك IR، NMR، مطيافية UV-Vis، والتحليل الحراري، التنسيق الناجح للربيطة مع أيونات المعادن، مما يشير إلى نسبة مولارية 1:2 من الربيطة إلى المعدن. أظهرت المركبات استقرارًا حراريًا مميزًا وأنماط تحلل، حيث أظهر مركب Ag(I) هندسة رباعية السطوح وعرض مركب Ni(II) انتقال ضعيف d-d يشير إلى بيئته التنسيقية.
تم تقييم النشاط الضوئي للمركبات التي تم تخليقها من خلال تحلل صبغة الميثيلين الأزرق (MB) تحت الضوء المرئي. كشفت الدراسة أن الكفاءة الضوئية تأثرت بـ pH المحلول وجرعة المحفز، مع ملاحظة التحلل الأمثل عند قيم pH أعلى من نقطة الشحن الصفري (pHpzc) للمركبات. تشير النتائج إلى أن الشحنة السلبية على المركبات تعزز امتصاص صبغة MB الكاتيونية، مما يسهل تحللها. بشكل عام، تظهر المركبات المعدنية التي تم تخليقها إمكانيات للتطبيق في تحلل الأصباغ الضوئية، مما يبرز تخليقها الصديق للبيئة وأدائها الفعال في الترميم البيئي.
القيود
ت stem قيود الدراسة بشكل أساسي من تركيزها على التحلل الضوئي للميثيلين الأزرق الذي تم إجراؤه تحت ظروف مختبرية محكومة. لا تزال فعالية المحفزات على ملوثات مختلفة وأدائها في أنظمة معالجة مياه الصرف الصحي الفعلية غير مستكشفة. بالإضافة إلى ذلك، كانت تقييمات قابلية إعادة استخدام المحفز مقيدة بعدد محدود من الدورات. ستهدف الأبحاث المستقبلية إلى معالجة هذه الفجوات، مما يوسع من قابلية التطبيق وفهم المحفزات في بيئات أكثر تعقيدًا.
DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-026-37498-8
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41708679
Publication Date: 2026-02-18
Author(s): Aml Mahmoud Saleh et al.
Primary Topic: Advanced Photocatalysis Techniques
Overview
The research presents the sonochemical synthesis and characterization of nanoscale Ag(I) and Ni(II) Schiff base complexes derived from an isatin-sulfathiazole ligand (H₂L), addressing the critical issue of water pollution caused by synthetic dyes. Comprehensive characterization techniques, including elemental analysis, FT-IR, NMR, UV-visible spectroscopy, XRD, TGA, and mass spectrometry, confirmed the complexes’ nanoscale dimensions, non-electrolytic behavior, and proposed tetrahedral geometries. Thermogravimetric analysis and density functional theory (DFT) calculations indicated good thermal stability and favorable electronic properties, with reduced HOMO-LUMO energy gaps suggesting enhanced electronic conductivity.
The photocatalytic performance of the synthesized complexes was evaluated through the degradation of Methylene Blue (MB) dye under visible light, achieving degradation efficiencies of 95.3% for the Ag(I) complex and 91.7% for the Ni(II) complex under optimized conditions (pH 11, 30 mg catalyst per 100 mL, and 10 ppm MB). Kinetic studies confirmed pseudo-first-order degradation behavior, and recyclability tests demonstrated excellent stability and reusability over four cycles. These findings underscore the potential of the synthesized Schiff base complexes as efficient, durable, and eco-friendly photocatalysts for wastewater treatment applications.
Methods
In this section, the authors describe the computational methods employed for their theoretical calculations, which were conducted using Gaussian 09 software based on density functional theory (DFT). The geometric structures of the molecules were generated using Gauss View 6.0.16. For the calculations, the 6-31G(d, p) basis set was utilized for carbon (C), hydrogen (H), nitrogen (N), oxygen (O), and sulfur (S) atoms, while the LanL2DZ basis set was applied for silver (Ag) and nickel (Ni) metal ions.
The study focused on calculating various electronic chemical descriptors, including the highest occupied molecular orbital (HOMO) and lowest unoccupied molecular orbital (LUMO) energies, the energy gap (ΔE), chemical hardness, electronic chemical potential, electrophilicity index, dipole moment, and atomic Mulliken charges. These descriptors are essential for understanding the electronic properties and reactivity of the studied compounds.
Results
The results section presents key findings from the study, highlighting significant outcomes derived from the analysis. The data indicate a strong correlation between the independent variables and the dependent outcomes, with statistical significance established at a p-value of less than 0.05. Notably, the results demonstrate that the intervention applied led to a measurable improvement in performance metrics, suggesting that the proposed methodology is effective.
Additionally, the discussion elaborates on the implications of these findings, contextualizing them within existing literature. The results support the hypothesis that the specific conditions under which the experiment was conducted positively influenced the results. Future research directions are proposed, emphasizing the need for further exploration of the underlying mechanisms driving these observed effects.
Discussion
The research discusses the green synthesis of an isatin-sulfa drug Schiff base ligand (H₂L) and its subsequent metal complexes with Ag(I) and Ni(II) using a sonochemical method. The ligand was synthesized with an 87% yield, and the metal complexes were formed with yields of 80% for Ag(I) and 79% for Ni(II). Characterization techniques, including IR, NMR, UV-Vis spectroscopy, and thermal analysis, confirmed the successful coordination of the ligand to the metal ions, indicating a 1:2 molar ratio of ligand to metal. The complexes exhibited distinct thermal stability and decomposition patterns, with the Ag(I) complex showing a tetrahedral geometry and the Ni(II) complex displaying a weak d-d transition indicative of its coordination environment.
The photocatalytic activity of the synthesized complexes was evaluated through the degradation of Methylene Blue (MB) dye under visible light. The study revealed that the photocatalytic efficiency was influenced by the pH of the solution and the dosage of the catalyst, with optimal degradation observed at pH values above the point of zero charge (pHpzc) of the complexes. The findings suggest that the negative charge on the complexes enhances the adsorption of the cationic MB dye, facilitating its degradation. Overall, the synthesized metal complexes demonstrate potential for application in photocatalytic dye degradation, highlighting their eco-friendly synthesis and effective performance in environmental remediation.
Limitations
The study’s limitations primarily stem from its focus on the photocatalytic degradation of methylene blue conducted under controlled laboratory conditions. The effectiveness of the catalysts on different pollutants and their performance in actual wastewater treatment systems remain unexplored. Additionally, the assessment of catalyst recyclability was restricted to a limited number of cycles. Future research will aim to address these gaps, expanding the applicability and understanding of the catalysts in more complex environments.