Kea leboha ha u etetse Nature.com.U sebelisa mofuta oa sebali o nang le tšehetso e fokolang ea CSS.Bakeng sa boiphihlelo bo botle ka ho fetesisa, re khothaletsa hore o sebelise sebatli se ntlafalitsoeng (kapa o tima Compatibility Mode ho Internet Explorer).Khabareng, ho netefatsa ts'ehetso e tsoelang pele, re tla fana ka sebaka sa marang-rang ntle le mekhoa le JavaScript.
E hlahisa carousel ea li-slide tse tharo ka nako e le 'ngoe.Sebelisa likonopo tse Fetileng le Tse Latelang ho feta har'a li-slide tse tharo ka nako, kapa sebelisa likonopo tsa selaete qetellong ho tsamaea har'a li-slide tse tharo ka nako.
Tsoelopele e potlakileng ea nanotechnology le ho kopanngoa ha eona lits'ebetsong tsa letsatsi le letsatsi li ka sokela tikoloho.Le hoja mekhoa e tala bakeng sa ho senyeha ha litšila tsa tlhaho e thehiloe hantle, ho tsosolosoa ha litšila tsa kristale ea inorganic ke ntho e tšoenyang haholo ka lebaka la kutloisiso ea bona e tlase ho biotransformation le ho hloka kutloisiso ea litšebelisano tse holim'a lintho tse bonahalang le tsa tlhaho.Mona, re sebelisa Nb-based inorganic 2D MXenes model e kopantsoeng le mokhoa o bonolo oa ho hlahloba parameter ea sebopeho ho latela mochine oa bioremediation oa 2D ceramic nanomaterials ka green microalgae Raphidocelis subcapitata.Re fumane hore li-microalgae li senya li-MXenes tse thehiloeng ho Nb ka lebaka la ho sebelisana ha lik'hemik'hale tsa physico-chemical.Qalong, li-nanoflakes tsa MXene tse nang le lera le le leng le le leng li ne li khomaretsoe holim'a li-microalgae, tse ileng tsa fokotsa ho hōla ha algae.Leha ho le joalo, ha ho sebelisana ka nako e telele le holim'a metsi, li-microalgae tse nang le oxidized MXene nanoflakes 'me li tsoela pele ho li senya ho NbO le Nb2O5.Hobane li-oxide tsena ha li chefo ho lisele tsa microalgae, li ja Nb oxide nanoparticles ka mochine o monyang o khutlisetsang microalgae ka mor'a lihora tse 72 tsa phekolo ea metsi.Liphello tsa limatlafatsi tse amanang le ho monya li boetse li bonahala ka ho eketseha ha molumo oa sele, sebōpeho sa bona se boreleli le phetoho ea sekhahla sa kgolo.Ho latela liphuputso tsena, re etsa qeto ea hore ho ba teng ha nako e khuts'oane le nako e telele ea li-MXenes tse thehiloeng ho Nb tikolohong ea metsi a hloekileng ho ka baka litlamorao tse nyane feela tsa tikoloho.Hoa hlokomeleha hore, ka ho sebelisa li-nanomaterials tse peli e le litsamaiso tsa mohlala, re bonts'a monyetla oa ho latela phetoho ea sebopeho leha e le ka thepa e entsoeng hantle.Ka kakaretso, thuto ena e araba potso ea bohlokoa ea bohlokoa mabapi le ts'ebetso e amanang le tšebelisano-'moho e tsamaisang mochini oa bioremediation oa 2D nanomaterials mme e fana ka motheo oa lithuto tse ling tsa nako e khuts'oane le tsa nako e telele tsa phello ea tikoloho ea inorganic crystalline nanomaterials.
Li-nanomaterials li hlahisitse thahasello e kholo ho tloha ha li sibolloa, 'me li-nanotechnologies tse fapaneng li sa tsoa kena mohatong oa pele oa ntlafatso.Ka bomalimabe, ho kopanngoa ha li-nanomaterials lits'ebetsong tsa letsatsi le letsatsi ho ka lebisa ho phallong e sa lebelloang ka lebaka la ho lahloa ho sa nepahalang, ho ts'oaroa ka bohlasoa, kapa lits'ebetso tse sa lekaneng tsa ts'ireletso.Ka hona, hoa utloahala ho nahana hore li-nanomaterials, ho kenyelletsa le li-nanomaterials tse peli-dimensional (2D), li ka lokolloa tikolohong ea tlhaho, boitšoaro le ts'ebetso ea likokoana-hloko tse e-s'o utloisisoe ka botlalo.Ka hona, ha ho makatse hore ebe matšoenyeho a ecotoxicity a tsepamisitse maikutlo ho bokhoni ba 2D nanomaterials ho kena lits'ebetsong tsa metsing2,3,4,5,6.Litsing tsena tsa tikoloho, li-nanomaterials tse ling tsa 2D li ka sebelisana le likokoana-hloko tse fapaneng maemong a fapaneng a trophic, ho kenyeletsoa le microalgae.
Li-microalgae ke lintho tsa khale tse fumanehang ka tlhaho metsing a hloekileng le tikolohong ea leoatle tse hlahisang mefuta e fapaneng ea lihlahisoa tsa lik'hemik'hale ka photosynthesis7.Ka hona, li bohlokoa ho tikoloho ea metsing8,9,10,11,12 empa hape ke matšoao a hlokolosi, a theko e tlase ebile a sebelisoa haholo a ecotoxicity13,14.Kaha lisele tsa microalgae li ata ka potlako le ka potlako ho arabela boteng ba metsoako e sa tšoaneng, li tšepisa bakeng sa nts'etsopele ea mekhoa e metle ea tikoloho bakeng sa ho phekola metsi a silafalitsoeng ka lintho tse phelang15,16.
Lisele tsa algae li ka tlosa li-ion tsa inorganic metsing ka biosorption le accumulation17,18.Mefuta e meng ea algal joalo ka Chlorella, Anabaena invar, Westiellopsis prolifica, Stigeoclonium tenue le Synechococcus sp.E fumanoe e jara esita le ho fepa li-ion tsa tšepe tse chefo tse kang Fe2+, Cu2+, Zn2+ le Mn2+19.Liphuputso tse ling li bontšitse hore li-ion tsa Cu2+, Cd2+, Ni2+, Zn2+ kapa Pb2+ li fokotsa kholo ea Scenedesmus ka ho fetola sebōpeho sa lisele le ho senya li-chloroplast tsa tsona20,21.
Mekhoa e tala bakeng sa ho bola ha lintho tse silafatsang tsa lintho tse phelang le ho tlosoa ha li-ion tsa tšepe e boima li hohetse tlhokomelo ea bo-rasaense le baenjiniere lefatšeng ka bophara.Sena se bakoa haholo ke taba ea hore litšila tsena li sebetsoa habonolo sebakeng sa mokelikeli.Leha ho le joalo, litšila tse sa tloaelehang tsa kristale li khetholloa ke ho qhibiliha ha metsi ka tlaase le ho ba le ts'oaetso e fokolang ho li-biotransformations tse sa tšoaneng, tse bakang mathata a maholo a ho lokisoa, 'me tsoelo-pele e nyenyane e entsoe sebakeng sena22,23,24,25,26.Kahoo, ho batla tharollo ea tikoloho bakeng sa tokiso ea li-nanomaterials e ntse e le sebaka se rarahaneng le se sa hlahlojoeng.Ka lebaka la boemo bo phahameng ba ho hloka botsitso mabapi le litlamorao tsa biotransformation tsa 2D nanomaterials, ha ho na tsela e bonolo ea ho fumana litsela tse ka bang teng tsa ho senyeha ha tsona nakong ea phokotso.
Thutong ena, re sebelisitse li-microalgae tse tala e le moemeli ea sebetsang oa aqueous bioremediation bakeng sa lisebelisoa tsa inorganic ceramic, tse kopantsoeng le ho lekola ts'ebetso ea ho senyeha ha MXene e le moemeli oa lisebelisoa tsa ceramic tsa inorganic.Lentsoe "MXene" le bonahatsa stoichiometry ea lisebelisoa tsa Mn + 1XnTx, moo M e leng tšepe ea pele ea phetoho, X ke carbon le / kapa nitrogen, Tx ke sepakapaka sa holim'a metsi (mohlala, -OH, -F, -Cl), le n = 1, 2, 3 kapa 427.28.Ho tloha ha ho sibolloa ha MXenes ke Naguib et al.Sensorics, kalafo ea mofets'e le filtration ea membrane 27,29,30.Ho phaella moo, MXenes e ka nkoa e le mekhoa ea 2D ea mohlala ka lebaka la botsitso ba bona bo botle ba colloidal le ho khoneha ho sebelisana ha likokoana-hloko31,32,33,34,35,36.
Ka hona, mokhoa o entsoeng sehloohong sena le likhopolo-taba tsa rona tsa lipatlisiso li bontšoa ho Setšoantšo sa 1. Ho ea ka khopolo-taba ena, microalgae e senya MXenes e thehiloeng Nb ka metsoako e se nang chefo ka lebaka la ho sebelisana ha lik'hemik'hale tsa physico-lik'hemik'hale, e leng se lumellang ho tsosolosoa ho eketsehileng ha algae.E le ho hlahloba khopolo-taba ena, litho tse peli tsa lelapa la pele ho niobium-based transition metal carbides le / kapa nitrides (MXenes), e leng Nb2CTx le Nb4C3TX, li khethiloe.
Mokhoa oa ho etsa lipatlisiso le likhopolo-taba tse thehiloeng bopaking bakeng sa ho hlaphoheloa ha MXene ka li-microalgae tse tala Raphidocelis subcapitata.Ka kopo elelloa hore sena e mpa e le pontšo ea moralo oa menahano e thehiloeng bopaking.Tikoloho ea letša e fapana ka mokhoa oa limatlafatsi o sebelisoang le maemo (mohlala, potoloho ea letsatsi le likhaello tsa limatlafatsi tse fumanehang).E entsoe ka BioRender.com.
Ka hona, ka ho sebelisa MXene e le mokhoa oa mohlala, re butse monyako oa ho ithuta ka liphello tse sa tšoaneng tsa likokoana-hloko tse ke keng tsa hlokomeloa ka li-nanomaterials tse ling tse tloaelehileng.Haholo-holo, re bonts'a monyetla oa ho etsa li-bioremediation tsa li-nanomaterials tse peli-dimensional, tse kang MXenes e thehiloeng ho niobium, ka microalgae Raphidocelis subcapitata.Li-microalgae li khona ho senya Nb-MXenes ho li-oxide tse se nang chefo NbO le Nb2O5, tse fanang ka limatlafatsi ka mokhoa oa ho nka niobium.Ka kakaretso, thuto ena e araba potso ea bohlokoa ea bohlokoa mabapi le lits'ebetso tse amanang le litšebelisano tsa lik'hemik'hale tsa 'mele tse laolang mekhoa ea bioremediation ea li-nanomaterials tse peli.Ntle le moo, re nts'etsapele mokhoa o bonolo o thehiloeng ho sebopeho sa sebopeho sa ho latela liphetoho tse poteletseng sebopehong sa 2D nanomaterials.Sena se khothatsa lipatlisiso tse ling tsa nako e khuts'oane le tsa nako e telele mabapi le litlamorao tse fapaneng tsa tikoloho tsa inorganic crystalline nanomaterials.Kahoo, boithuto ba rona bo eketsa kutloisiso ea tšebelisano lipakeng tsa bokaholimo ba lintho le lintho tsa tlhaho.Re boetse re fana ka motheo oa lithuto tse atolositsoeng tsa nako e khuts'oane le tsa nako e telele tsa litlamorao tse ka bang teng tikolohong ea metsi a hloekileng, tseo hajoale li ka netefatsoang habonolo.
MXenes e emela sehlopha se thahasellisang sa thepa e nang le thepa e ikhethang le e khahlehang ea 'mele le lik'hemik'hale' me ka hona ho na le mekhoa e mengata e ka sebelisoang.Lintho tsena li itšetlehile haholo ka stoichiometry ea bona le k'hemistri ea holim'a metsi.Ka hona, thutong ea rona, re ile ra batlisisa mefuta e 'meli ea Nb-based hierarchical single-layer (SL) MXenes, Nb2CTx le Nb4C3TX, kaha liphello tse fapaneng tsa likokoana-hloko tsa li-nanomaterials tsena li ka hlokomeloa.Li-MXene li hlahisoa ho tsoa ho lisebelisoa tsa tsona tsa ho qala ka ho khetha li-layers tse tšesaane tsa MAX-phase A-layer tse holimo-tlase.Karolo ea MAX ke ternary ceramic e entsoeng ka "bond" blocks ea transition metal carbides le likarolo tse tšesaane tsa "A" tse kang Al, Si, le Sn tse nang le MnAXn-1 stoichiometry.Morpholoji ea mohato oa pele oa MAX e ile ea bonoa ka ho lekola microscope ea elektronike (SEM) 'me e ne e lumellana le lithuto tse fetileng (Sheba Litaba tsa Tlatsetso, SI, Figure S1).Multilayer (ML) Nb-MXene e ile ea fumanoa ka mor'a ho tlosa Al layer ka 48% HF (hydrofluoric acid).Morphology ea ML-Nb2CTx le ML-Nb4C3TX e ile ea hlahlojoa ka ho hlahloba electron microscopy (SEM) (Figures S1c le S1d ka ho latellana) 'me ho ile ha hlokomeloa mokhoa o tloaelehileng oa MXene morphology, o tšoanang le li-nanoflakes tse mahlakore a mabeli tse fetang ka har'a li-slits tse telele tse kang pore.Ka bobeli Nb-MXenes e na le lintho tse ngata tse tšoanang le mekhahlelo ea MXene e neng e entsoe pele ke acid etching27,38.Ka mor'a ho netefatsa sebopeho sa MXene, re se rala ka ho kopanya tetrabutylammonium hydroxide (TBAOH) e lateloa ke ho hlatsoa le sonication, ka mor'a moo re fumane lera le le leng kapa le tlaase (SL) 2D Nb-MXene nanoflakes.
Re sebelisitse electron microscopy (HRTEM) le X-ray diffraction (XRD) ea phetisetso e phahameng ea resolution (high resolution transmission electron microscopy) ho lekola bokhabane ba etching le ho ebola ho ea pele.Liphetho tsa HRTEM tse sebetsitsoeng ho sebelisoa Inverse Fast Fourier Transform (IFFT) le Fast Fourier Transform (FFT) li bontšitsoe setšoantšong sa 2. Li-nanoflakes tsa Nb-MXene li ne li lebisitsoe holimo ho hlahloba sebopeho sa lera la athomo le ho lekanya bohole ba li-interplanar.Litšoantšo tsa HRTEM tsa MXene Nb2CTx le Nb4C3TX nanoflakes li ile tsa senola tlhaho ea tsona e tšesaane ea athomo (bona setšoantšo sa 2a1, a2), joalokaha ho tlalehiloe pele ke Naguib et al.27 le Jastrzębska et al.38.Bakeng sa li-monolayers tse peli tse haufi tsa Nb2CTx le Nb4C3Tx, re ile ra etsa qeto ea libaka tsa interlayer tsa 0.74 le 1.54 nm, ka ho latellana (Figs. 2b1,b2), e lumellanang le liphetho tsa rona tse fetileng38.Sena se ile sa tiisoa hape ke phetoho e potlakileng ea Fourier (Setšoantšo sa 2c1, c2) le phetoho e potlakileng ea Fourier (Fig. 2d1, d2) e bontšang sebaka se pakeng tsa Nb2CTx le Nb4C3Tx monolayers.Setšoantšo se bontša ho fapanyetsana ha lihlopha tse khanyang le tse lefifi tse tsamaellanang le liathomo tsa niobium le carbon, e leng se tiisang sebopeho sa li-MXenes tse ithutoang.Ke habohlokoa ho hlokomela hore mahlaseli a mahlaseli a matla a mahlaseli a X-ray spectroscopy (EDX) a fumanoeng bakeng sa Nb2CTx le Nb4C3Tx (Figures S2a le S2b) ha aa ka a bontša masala a karolo ea pele ea MAX, kaha ha ho tlhōrō ea Al e ileng ea fumanoa.
Sebopeho sa SL Nb2CTx le Nb4C3Tx MXene nanoflakes, ho kenyeletsoa (a) high resolution electron microscopy (HRTEM) side-view 2D nanoflake imaging le e tsamaellanang, (b) intensity mode, (c) inverse fast Fourier transform (IFFT), (d) fast Fourier transform (FFT-MXs), (e) Xb.Bakeng sa SL 2D Nb2CTx, lipalo li hlahisoa e le (a1, b1, c1, d1, e1).Bakeng sa SL 2D Nb4C3Tx, lipalo li hlahisoa e le (a2, b2, c2, d2, e1).
Litekanyo tsa phallo ea X-ray tsa SL Nb2CTx le Nb4C3Tx MXenes li bontšoa ho Feiga.2e1 le e2, ka ho latellana.Litlhōrō (002) ho 4.31 le 4.32 li lumellana le MXenes Nb2CTx e hlalositsoeng pele le Nb4C3TX38,39,40,41 ka ho latellana.Liphetho tsa XRD li boetse li bontša ho ba teng ha meaho e meng e setseng ea ML le mekhahlelo ea MAX, empa haholo-holo mekhoa ea XRD e amanang le SL Nb4C3Tx (Fig. 2e2).Ho ba teng ha likaroloana tse nyane tsa mokhahlelo oa MAX ho ka hlalosa tlhoro e matla ea MAX ha e bapisoa le mekhahlelo e sa reroang ea Nb4C3Tx.
Lipatlisiso tse ling li tsepamisitse maikutlo ho li-microalgae tse tala tsa mofuta oa R. subcapitata.Re khethile li-microalgae hobane ke bahlahisi ba bohlokoa ba amehang ho webs e kholo ea lijo42.Hape ke tse ling tsa matšoao a matle ka ho fetisisa a chefo ka lebaka la bokhoni ba ho tlosa lintho tse chefo tse isoang maemong a holimo a ketane ea lijo43.Ho phaella moo, lipatlisiso tsa R. subcapitata li ka fana ka leseli mabapi le chefo e sa tloaelehang ea SL Nb-MXenes ho likokoana-hloko tse tloaelehileng tsa metsi a hloekileng.Ho hlakisa sena, bafuputsi ba hakanya hore kokoana e 'ngoe le e 'ngoe e na le kutlo e fapaneng ho metsoako e chefo e teng tikolohong.Bakeng sa likokoana-hloko tse ngata, lintho tse fokolang ha li ame khōlo ea tsona, athe ho tsepamisa mohopolo ho ka holimo ho moeli o itseng ho ka li thibela kapa ho baka lefu.Ka hona, bakeng sa lithuto tsa rona tsa ho sebelisana holimo pakeng tsa microalgae le MXenes le ho hlaphoheloa ho amanang le eona, re ile ra etsa qeto ea ho hlahloba likhahla tse se nang kotsi le tse chefo tsa Nb-MXenes.Ho etsa sena, re lekoa mahloriso a 0 (e le referense), 0.01, 0.1 le 10 mg l-1 MXene le ho phaella moo tšoaetso ea microalgae e nang le metsoako e phahameng haholo ea MXene (100 mg l-1 MXene), e ka ba e feteletseng le e bolaeang..bakeng sa tikoloho efe kapa efe ya baeloji.
Liphello tsa SL Nb-MXenes ho microalgae li bontšoa ho Setšoantšo sa 3, se hlalositsoeng e le peresente ea kholo ea kholo (+) kapa inhibition (-) e lekantsoeng bakeng sa 0 mg l-1 sampuli.Ha ho bapisoa, karolo ea Nb-MAX le ML Nb-MXenes le eona e ile ea lekoa 'me liphello li bontšoa ho SI (bona setšoantšo sa S3).Liphello tse fumanoeng li tiisitse hore SL Nb-MXenes e batla e se na chefo ka ho feletseng ka har'a mefuta e fokolang e tsoang ho 0.01 ho ea ho 10 mg / l, joalokaha ho bontšitsoe setšoantšong sa 3a, b.Tabeng ea Nb2CTx, ha rea ​​​​bona ho feta 5% ecotoxicity sebakeng se boletsoeng.
Ho tsosoa (+) kapa ho thibela (-) ho hōla ha microalgae ka pel'a SL (a) Nb2CTx le (b) Nb4C3TX MXene.Lihora tse 24, 48 le 72 tsa tšebelisano ea MXene-microalgae li ile tsa hlahlojoa. Lintlha tsa bohlokoa (t-test, p <0.05) li ne li tšoailoe ka asterisk (*). Lintlha tsa bohlokoa (t-test, p <0.05) li ne li tšoailoe ka asterisk (*). Значимые данные (t-критерий, p <0,05) отмечены звездочкой (*). Lintlha tsa bohlokoa (t-test, p <0.05) li tšoailoe ka asterisk (*).重要数据（t 检验，p <0.05）用星号(*) 标记。重要数据（t 检验，p <0.05）用星号(*) 标记。 Важные данные (t-test, p <0,05) отмечены звездочкой (*). Lintlha tsa bohlokoa (t-test, p <0.05) li tšoailoe ka asterisk (*).Metsu e khubelu e bonts'a ho felisoa ha ts'usumetso ea thibelo.
Ka lehlakoreng le leng, likhahla tse tlase tsa Nb4C3TX li ile tsa fetoha chefo e nyane, empa e se holimo ho 7%.Joalokaha ho lebeletsoe, re hlokometse hore MXenes e na le chefo e phahameng le thibelo ea kholo ea microalgae ho 100mg L-1.Ho khahlisang, ha ho le e 'ngoe ea lisebelisoa e bonts'itseng mokhoa o ts'oanang le ho its'etleha nako ea litlamorao tse chefo / chefo ha li bapisoa le disampole tsa MAX kapa ML (bona SI bakeng sa lintlha).Le hoja bakeng sa karolo ea MAX (bona setšoantšo sa S3) chefo e fihlile hoo e ka bang 15-25% 'me e eketsehile ha nako e ntse e feta, mokhoa o fapaneng o ile oa hlokomeloa bakeng sa SL Nb2CTx le Nb4C3TX MXene.Thibelo ea kholo ea microalgae e fokotsehile ha nako e ntse e ea.E fihlile hoo e ka bang 17% ka mor'a lihora tsa 24 'me e theohile ho tlase ho 5% ka mor'a lihora tsa 72 (setšoantšo sa 3a, b, ka ho latellana).
Habohlokoa le ho feta, bakeng sa SL Nb4C3TX, thibelo ea kholo ea microalgae e fihlile hoo e ka bang 27% ka mor'a lihora tse 24, empa ka mor'a lihora tse 72 e theohile hoo e ka bang 1%.Ka hona, re ile ra ngola phello e hlokometsoeng e le thibelo e fapaneng ea ho susumetsa, 'me phello e ne e le matla bakeng sa SL Nb4C3TX MXene.Ho tsosoa ha kholo ea microalgae ho ile ha hlokomeloa pejana le Nb4C3TX (tšebelisano ho 10 mg L-1 bakeng sa 24 h) ha e bapisoa le SL Nb2CTx MXene.Phello ea ho khutlisa ea inhibition-stimulation e boetse e bontšitsoe hantle ka har'a sekhahla sa sekhahla sa biomass habeli (bona setšoantšo sa S4 bakeng sa lintlha tse qaqileng).Ho fihlela joale, ke feela ecotoxicity ea Ti3C2TX MXene e ithutoang ka mekhoa e fapaneng.Ha e chefo ho liqoaha embryos44 empa e batla e le chefo ho limela tse nyane tsa Desmodesmus quadricauda le Sorghum saccharatum45.Mehlala e meng ea litlamorao tse ikhethang e kenyelletsa chefo e phahameng ho mela ea lisele tsa mofetše ho feta ho mela e tloaelehileng ea lisele46,47.Ho ka nahanoa hore maemo a teko a tla susumetsa liphetoho tsa kholo ea microalgae e hlokometsoeng ka pel'a Nb-MXenes.Mohlala, pH e ka bang 8 ho chloroplast stroma e nepahetse bakeng sa ts'ebetso e ntle ea enzyme ea RuBisCO.Ka hona, pH e fetoha hampe e ama sekhahla sa photosynthesis48,49.Leha ho le joalo, ha rea ​​ka ra bona liphetoho tse kholo ho pH nakong ea teko (bona SI, Fig. S5 bakeng sa lintlha tse qaqileng).Ka kakaretso, litloaelo tsa microalgae tse nang le Nb-MXenes li fokolitse hanyenyane pH ea tharollo ka nako.Leha ho le joalo, phokotso ena e ne e tšoana le phetoho ea pH ea mokhoa o hloekileng.Ho phaella moo, mefuta e mengata ea mefuta-futa e fumanoeng e ne e tšoana le e lekantsoeng bakeng sa setso se hloekileng sa microalgae (sampole ea taolo).Kahoo, re etsa qeto ea hore photosynthesis ha e amehe ke liphetoho pH ha nako e ntse e ea.
Ho phaella moo, li-MXenes tse entsoeng li na le lipheletso tse holimo (tse hlalosoang e le Tx).Tsena ke lihlopha tse sebetsang haholo -O, -F le -OH.Leha ho le joalo, k'hemistri e ka holimo e amana ka ho toba le mokhoa oa ho kopanya.Lihlopha tsena li tsejoa hore li ajoa ka mokhoa o sa reroang holim'a metsi, ho etsa hore ho be thata ho bolela esale pele phello ea tsona ho thepa ea MXene50.Ho ka phehoa khang ea hore Tx e ka ba matla a susumetsang bakeng sa oxidation ea niobium ka leseli.Lihlopha tse sebetsang ka holim'a metsi li fana ka libaka tse ngata tsa anchoring bakeng sa li-photocatalyst tsa tsona tse ka tlaase ho etsa li-heterojunctions51.Leha ho le joalo, sebopeho sa sekhahla sa kholo ha sea ka sa fana ka photocatalyst e sebetsang hantle (sebopeho se qaqileng sa mahareng se ka fumanoa ho SI Table S6).Ho phaella moo, phetoho leha e le efe ea holim'a metsi e boetse e le ea bohlokoa haholo, kaha mosebetsi oa likokoana-hloko oa MXenes o ka fetoloa ka lebaka la lera la post-processing, oxidation, lik'hemik'hale tsa lik'hemik'hale tsa metsoako ea lintho tse phelang le tse sa tloaelehang52,53,54,55,56 kapa boenjiniere ba holim'a tefiso38.Ka hona, ho hlahloba hore na niobium oxide e na le letho le amanang le ho se tsitse ha lintho tse bohareng, re ile ra etsa lithuto tsa bokhoni ba zeta (ζ) ho microalgae kgolo ea mahareng le metsi a deionized (bakeng sa ho bapisa).Liphetho tsa rona li bontša hore SL Nb-MXenes e tsitsitse hantle (sheba SI Fig. S6 bakeng sa MAX le ML liphetho).Matla a zeta a SL MXenes a ka bang -10 mV.Tabeng ea SR Nb2CTx, boleng ba ζ bo batla bo le bobe ho feta ba Nb4C3Tx.Phetoho e joalo ea boleng ba ζ e ka 'na ea bontša hore bokaholimo ba li-nanoflakes tsa MXene tse qosoang hampe li monya li-ion tse qosoang hantle ho tsoa moetlong oa setso.Litekanyo tsa nakoana tsa bokhoni ba zeta le conductivity ea Nb-MXenes ka setso sa setso (bona Figures S7 le S8 ho SI bakeng sa lintlha tse ling) li bonahala li tšehetsa maikutlo a rona.
Leha ho le joalo, bobeli ba Nb-MXene SLs bo bontšitse liphetoho tse fokolang ho tloha ho zero.Sena se bontša ka ho hlaka botsitso ba bona boemong ba kholo ea microalgae.Ho phaella moo, re ile ra hlahloba hore na ho ba teng ha microalgae ea rona e tala ho tla ama botsitso ba Nb-MXenes bohareng.Liphello tsa bokhoni ba zeta le conductivity ea MXenes ka mor'a ho sebelisana le microalgae mecheng ea litaba tsa limatlafatsi le setso ka nako e telele li ka fumanoa ho SI (Figures S9 le S10).Hoa thahasellisa hore ebe re hlokometse hore boteng ba microalgae bo ne bo bonahala bo tsitsisa ho hasana ha MXenes ka bobeli.Tabeng ea Nb2CTx SL, matla a zeta a bile a fokotsehile hanyenyane ha nako e ntse e ea ho ea ho litekanyetso tse mpe (-15.8 khahlanong le -19.1 mV ka mor'a lihora tse 72 tsa incubation).Matla a zeta a SL Nb4C3TX a ile a eketseha hanyenyane, empa ka mor'a 72 h e ntse e bontša botsitso bo phahameng ho feta nanoflakes ntle le ho ba teng ha microalgae (-18.1 vs. -9.1 mV).
Hape re fumane conductivity e tlaase ea tharollo ea Nb-MXene e kenngoeng ka pel'a microalgae, e bontšang palo e tlaase ea li-ion sebakeng sa limatlafatsi.Haholo-holo, ho se tsitse ha MXenes metsing ho bakoa haholo-holo ke oxidation ea holim'a metsi57.Ka hona, re belaela hore microalgae e tala ka tsela e itseng e ile ea tlosa li-oxide tse entsoeng holim'a Nb-MXene esita le ho thibela ketsahalo ea tsona (oxidation ea MXene).Sena se ka bonoa ka ho ithuta mefuta ea lintho tse monngoang ke maalgae.
Le hoja lithuto tsa rona tsa ecotoxicological li bontšitse hore li-microalgae li khonne ho hlōla chefo ea Nb-MXenes ha nako e ntse e feta le ho thibela ho sa tloaelehang ha khōlo e tsosolositsoeng, sepheo sa thuto ea rona e ne e le ho batlisisa mekhoa e ka khonehang ea ho sebetsa.Ha lintho tse phelang tse kang algae li pepesehetse metsoako kapa thepa e sa tloaelehang tikolohong ea tsona, li ka itšoara ka litsela tse sa tšoaneng58,59.Ha ho le sieo li-oxide tsa tšepe tse chefo, li-microalgae li ka iphepa, tsa li lumella ho hola li sa khaotse60.Ka mor'a ho kenngoa ha lintho tse chefo, mekhoa ea ho itšireletsa e ka 'na ea sebelisoa, e kang ho fetola sebōpeho kapa sebopeho.Monyetla oa ho monya le ona o tlameha ho nahanoa58,59.Ka ho hlakileng, pontšo leha e le efe ea mochine oa tšireletso ke pontšo e hlakileng ea chefo ea motsoako oa teko.Ka hona, mosebetsing oa rona o tsoelang pele, re ile ra batlisisa tšebelisano e ka 'nang ea e-ba teng pakeng tsa SL Nb-MXene nanoflakes le microalgae ka SEM le ho kenngoa ha Nb-based MXene ka X-ray fluorescence spectroscopy (XRF).Hlokomela hore litlhahlobo tsa SEM le XRF li entsoe feela sebakeng se phahameng ka ho fetisisa sa MXene ho rarolla mathata a chefo ea mesebetsi.
Liphetho tsa SEM li bontšoa ho Fig.4.Lisele tsa microalgae tse sa sebetsoeng (sheba setšoantšo sa 4a, mohlala oa litšupiso) li bontšitse ka ho hlaka mokhoa o tloaelehileng oa R. subcapitata morpholoji le sebōpeho sa sele sa croissant.Lisele li bonahala li bataletse ebile li batla li sa hlophisoa.Lisele tse ling tsa microalgae li ile tsa fetana 'me tsa hoholeha, empa mohlomong sena se ne se bakoa ke mokhoa oa ho lokisetsa mohlala.Ka kakaretso, lisele tse hloekileng tsa microalgae li ne li e-na le bokaholimo bo boreleli 'me li sa bontše liphetoho leha e le life tsa morphological.
Litšoantšo tsa SEM tse bontšang ho sebelisana holimo pakeng tsa microalgae e tala le MXene nanosheets ka mor'a lihora tse 72 tsa ho sebelisana ka mahloriso a feteletseng (100 mg L-1).(a) Li-microalgae tse tala tse sa phekoloeng ka mor'a ho sebelisana le SL (b) Nb2CTx le (c) Nb4C3TX MXenes.Hlokomela hore li-nanoflakes tsa Nb-MXene li tšoauoa ka metsu e khubelu.Ho bapisa, lifoto tse tsoang ho microscope ea optical le tsona lia eketsoa.
Ka lehlakoreng le leng, lisele tsa microalgae tse adsorbed ke SL Nb-MXene nanoflakes li ile tsa senyeha (sheba setšoantšo sa 4b, c, metsu e khubelu).Tabeng ea Nb2CTx MXene (setšoantšo sa 4b), li-microalgae li atisa ho hōla ka li-nanoscales tse nang le mahlakore a mabeli, tse ka fetolang morphology ea tsona.Ka ho hlakileng, re boetse re hlokometse liphetoho tsena tlas'a microscopy e khanyang (bona setšoantšo sa SI S11 bakeng sa lintlha).Phetoho ena ea morphological e na le motheo o utloahalang ho physiology ea microalgae le bokhoni ba bona ba ho itšireletsa ka ho fetola sebopeho sa sele, joalo ka ho eketsa selefouno61.Ka hona, ke habohlokoa ho hlahloba palo ea lisele tsa microalgae tse hlileng li kopanang le Nb-MXenes.Liphuputso tsa SEM li bontšitse hore hoo e ka bang 52% ea lisele tsa microalgae li ne li pepesehetse Nb-MXenes, ha 48% ea lisele tsena tsa microalgae li qoba ho kopana.Bakeng sa SL Nb4C3Tx MXene, li-microalgae li leka ho qoba ho kopana le MXene, ka tsela eo li le sebakeng sa heno le ho hōla ho tloha ho li-nanoscales tse peli (setšoantšo sa 4c).Leha ho le joalo, ha rea ​​ka ra hlokomela ho kenella ha li-nanoscales ka har'a lisele tsa microalgae le tšenyo ea tsona.
Ho itšireletsa hape ke mokhoa oa ho arabela o itšetlehileng ka nako ho thibela photosynthesis ka lebaka la adsorption ea likaroloana ka holim'a sele le seo ho thoeng ke shading (shading) effect62.Ho hlakile hore ntho e 'ngoe le e' ngoe (ka mohlala, Nb-MXene nanoflakes) e pakeng tsa microalgae le mohloli oa leseli e fokotsa boholo ba leseli le kenngoa ke chloroplasts.Leha ho le joalo, ha re na pelaelo ea hore sena se na le phello e kholo liphellong tse fumanoeng.Joalokaha ho bontšoa ke litlhaloso tsa rona tse nyenyane, li-nanoflakes tsa 2D li ne li sa phuthetsoe ka ho feletseng kapa li khomaretsoe holim'a microalgae, esita le ha lisele tsa microalgae li ne li kopana le Nb-MXenes.Sebakeng seo, li-nanoflakes li ile tsa shebana le lisele tsa microalgae ntle le ho koahela bokaholimo ba tsona.Sehlopha se joalo sa li-nanoflakes/microalgae ha se khone ho fokotsa boholo ba leseli le monngoang ke lisele tsa microalgae.Ho feta moo, liphuputso tse ling li bile li bontšitse ntlafatso ea ho monngoa ha leseli ke likokoana-hloko tsa photosynthetic boteng ba li-nanomaterials tse peli-dimensional63,64,65,66.
Kaha litšoantšo tsa SEM li ne li sa khone ho tiisa ka ho toba ho kenngoa ha niobium ke lisele tsa microalgae, thuto ea rona e tsoelang pele e ile ea fetoha X-ray fluorescence (XRF) le X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) tlhahlobo ho hlakisa taba ena.Ka hona, re ile ra bapisa matla a litlhōrō tsa litlhōrō tsa Nb tsa li-sampuli tsa microalgae tse sa kang tsa sebelisana le MXenes, MXene nanoflakes e thibetsoeng ho tloha holim'a lisele tsa microalgae, le lisele tsa microalgal ka mor'a ho tlosoa ha MXenes e khomaretsoeng.Ke habohlokoa ho hlokomela hore haeba ho se na Nb e nkiloeng, boleng ba Nb bo fumanoang ke lisele tsa microalgae bo lokela ho ba zero ka mor'a ho tlosoa ha li-nanoscales tse khomaretsoeng.Ka hona, haeba ho nkeloa ha Nb ho etsahala, liphetho tsa XRF le XPS li lokela ho bonts'a tlhoro e hlakileng ea Nb.
Tabeng ea XRF spectra, li-sampuli tsa microalgae li bontšitse litlhōrō tsa Nb bakeng sa SL Nb2CTx le Nb4C3Tx MXene ka mor'a ho sebelisana le SL Nb2CTx le Nb4C3Tx MXene (bona setšoantšo sa 5a, hape hlokomela hore liphello tsa MAX le ML MXenes li bontšoa ho SI, Figs 72).Hoa thahasellisa hore matla a tlhōrō ea Nb a tšoana le maemong a mabeli (li-bars tse khubelu setšoantšong sa 5a).Sena se bontšitse hore algae e ne e ke ke ea monya Nb e eketsehileng, 'me matla a mangata a ho bokella Nb a finyelloa ka liseleng, le hoja ka makhetlo a mabeli Nb4C3Tx MXene e ne e khomaretsoe liseleng tsa microalgae (li-bars tse putsoa setšoantšong sa 5a).Haholo-holo, bokhoni ba microalgae ho monya litšepe bo itšetlehile ka bongata ba li-oxide tsa tšepe tikolohong67,68.Shamshada et al.67 ba fumane hore matla a ho monya algae ea metsi a hloekileng a fokotseha ka pH e ntseng e eketseha.Raize et al.68 o hlokometse hore bokhoni ba leoatleng la ho monya litšepe bo ne bo le ka holimo ho 25% bakeng sa Pb2 + ho feta Ni2 +.
(a) Liphetho tsa XRF tsa ho kenngoa ha basal Nb ka lisele tse tala tsa microalgae tse kenngoeng ka bongata bo feteletseng ba SL Nb-MXenes (100 mg L-1) bakeng sa lihora tsa 72.Liphello li bontša ho ba teng ha α ka lisele tse hloekileng tsa microalgae (sampuli ea taolo, litšiea tse bohlooho), li-nanoflakes tsa 2D tse arohaneng le lisele tsa microalgae tse ka holimo (litšiea tse putsoa), le lisele tsa microalgae ka mor'a ho arohana ha li-nanoflakes tsa 2D ho tloha holimo (litšiea tse khubelu).Palo ea elemental Nb, (b) peresente ea lik'hemik'hale tsa metsoako ea likokoana-hloko tsa microalgae (C = O le CHx / C-O) le Nb oxides tse teng liseleng tsa microalgae ka mor'a ho kenngoa le SL Nb-MXenes, (c-e) Ho kenya tlhōrō ea tlhōrō ea XPS SL Nb2CTx spectra ea ka hare ea XPS Nb2CTx SLx Nb4T SL le (fh4C) MXC3 SLX MXC3.
Ka hona, re ne re lebeletse hore Nb e ka kenngoa ke lisele tsa algal ka mokhoa oa li-oxides.Ho leka sena, re entse lithuto tsa XPS ho MXenes Nb2CTx le Nb4C3TX le lisele tsa algae.Liphello tsa ho sebelisana ha microalgae le Nb-MXenes le MXenes tse arohaneng le lisele tsa algae li bontšoa ho Figs.5b.Joalokaha ho lebeletsoe, re ile ra fumana litlhōrō tsa Nb 3d ka mehlala ea microalgae ka mor'a ho tlosoa ha MXene holim'a microalgae.Boikemisetso ba bongata ba C = O, CHx / CO, le Nb oxides bo ne bo baloa ho latela Nb 3d, O 1s, le C 1s spectra e fumanoang ka Nb2CTx SL (Fig. 5c-e) le Nb4C3Tx SL (Fig. 5c-e).) e fumanoang ho tsoa ho maalgae a incubated.Setšoantšo sa 5f–h) MXenes.Letlapa la S1-3 le bonts'a lintlha tsa liparamente tsa tlhoro le k'hemistri ka kakaretso e hlahisoang ke ho lekana.Hoa hlokomeleha hore libaka tsa Nb 3d tsa Nb2CTx SL le Nb4C3Tx SL (Fig. 5c, f) li lumellana le karolo e le 'ngoe ea Nb2O5.Mona, ha rea ​​ka ra fumana litlhōrō tse amanang le MXene ponong, tse bontšang hore lisele tsa microalgae li monya feela mofuta oa oxide oa Nb.Ho feta moo, re hakantse sekhahla sa C 1 ka likaroloana tsa C–C, CHx/C–O, C=O, le -COOH.Re fane ka litlhōrō tsa CHx/C–O le C=O ho tlatsetso ea tlhaho ea lisele tsa microalgae.Likarolo tsena tsa manyolo li etsa 36% le 41% ea litlhōrō tsa C 1s ho Nb2CTx SL le Nb4C3TX SL, ka ho latellana.Ka mor'a moo re ile ra kenya ponahalo ea O 1s ea SL Nb2CTx le SL Nb4C3TX le Nb2O5, likaroloana tsa tlhaho tsa microalgae (CHx/CO), le metsi a adsorbed holim'a metsi.
Qetellong, liphetho tsa XPS li bonts'itse ka ho hlaka mofuta oa Nb, eseng boteng ba eona feela.Ho ea ka boemo ba pontšo ea Nb 3d le liphello tsa deconvolution, re tiisa hore Nb e kenngoa feela ka mokhoa oa li-oxides eseng li-ion kapa MXene ka boeona.Ho phaella moo, liphetho tsa XPS li bontšitse hore lisele tsa microalgae li na le bokhoni bo boholo ba ho nka li-oxide tsa Nb ho tloha SL Nb2CTx ha li bapisoa le SL Nb4C3TX MXene.
Le hoja liphetho tsa rona tsa ho nka Nb li tsoteha ebile li re lumella ho khetholla ho senyeha ha MXene, ha ho na mokhoa o teng oa ho latela liphetoho tse amanang le morphological ho 2D nanoflakes.Ka hona, re ile ra boela ra etsa qeto ea ho hlahisa mokhoa o loketseng o ka arabelang ka ho toba liphetoho leha e le life tse hlahang ho 2D Nb-MXene nanoflakes le lisele tsa microalgae.Ke habohlokoa ho hlokomela hore re nka hore haeba mefuta e sebelisanang e ka ba le phetoho leha e le efe, ho senyeha kapa ho senyeha, sena se lokela ho iponahatsa ka potlako e le liphetoho tsa likarolo tsa sebopeho, tse kang bophara ba sebaka se lekanang le chitja, se chitja, bophara ba Feret, kapa bolelele ba Feret.Kaha li-parameter tsena li loketse ho hlalosa likaroloana tse telele kapa li-nanoflakes tse nang le mahlakore a mabeli, ho latela mokhoa oa bona oa ho hlahloba sebopeho sa likaroloana tse matla ho tla re fa boitsebiso ba bohlokoa mabapi le phetoho ea morphological ea SL Nb-MXene nanoflakes nakong ea ho fokotseha.
Liphetho tse fumanoeng li bontšoa ho Setšoantšo sa 6. Ho bapisa, re ile ra boela ra leka karolo ea pele ea MAX le ML-MXenes (bona SI Figures S18 le S19).Tlhahlobo e matla ea sebopeho sa likaroloana e bontšitse hore likarolo tsohle tsa sebopeho sa Nb-MXene SL tse peli li fetohile haholo ka mor'a ho sebelisana le microalgae.Joalokaha ho bontšoa ke sebaka se lekanang sa selikalikoe sa bophara ba parameter (setšoantšo sa 6a, b), matla a tlhōrō a fokotsehileng a karoloana ea li-nanoflakes tse kholo li bontša hore li atisa ho bola hore e be likotoana tse nyenyane.Ka feiga.6c, d e bontša ho fokotseha ha litlhōrō tse amanang le boholo bo fapaneng ba li-flakes (ho lelefatsa ha li-nanoflakes), ho bontša phetoho ea li-nanoflakes tsa 2D hore e be sebopeho se kang sa likaroloana.Setšoantšo sa 6e-h se bontšang bophara le bolelele ba Feret, ka ho latellana.Bophara le bolelele ba li-feret ke liparamente tse tlatsanang, ka hona li lokela ho nahanoa hammoho.Ka mor'a ho kenngoa ha 2D Nb-MXene nanoflakes ka pel'a microalgae, litlhōrō tsa tsona tsa Feret correlation li ile tsa fetoha 'me matla a tsona a fokotseha.Ho ipapisitsoe le liphetho tsena hammoho le morphology, XRF le XPS, re fihletse qeto ea hore liphetoho tse hlokometsoeng li amana haholo le oxidation ha li-MXenes tse nang le oxidized li ntse li sosobana le ho robeha likotoana le likaroloana tsa spherical oxide69,70.
Tlhahlobo ea phetoho ea MXene ka mor'a ho sebelisana le microalgae e tala.Tlhahlobo e matla ea sebopeho sa likaroloana e ela hloko liparamente tse kang (a, b) bophara ba sebaka se lekanang le selikalikoe, (c, d) chitja, (e, f) Bophara ba Feret le (g, h) Bolelele ba Feret.Ho fihlela sena, lisampole tse peli tsa litšupiso tsa microalgae li ile tsa hlahlojoa hammoho le SL Nb2CTx ea mantlha le SL Nb4C3Tx MXenes, SL Nb2CTx le SL Nb4C3Tx MXenes, li-microalgae tse senyehileng, le li-microalgae tse tšoaroang SL Nb2CTx le SL Nb4C3Tx MX.Metsu e khubelu e bonts'a liphetoho tsa liparamente tsa sebopeho sa li-nanoflakes tsa mahlakore a mabeli tse ithutoang.
Kaha tlhahlobo ea parameter ea sebopeho e tšepahala haholo, e ka boela ea senola liphetoho tsa morphological liseleng tsa microalgae.Ka hona, re hlahlobile sebaka se lekanang sa selikalikoe bophara, ho pota-pota, le bophara ba Feret / bolelele ba lisele tse hloekileng tsa microalgae le lisele ka mor'a ho sebelisana le 2D Nb nanoflakes.Ka feiga.6a–h e bonts'a liphetoho ho liparamente tsa sebopeho sa lisele tsa algae, joalo ka ha ho pakoa ke ho fokotseha ha matla a holimo le ho fetoha ha maxima ho ea ho boleng bo phahameng.Haholo-holo, likarolo tsa potoloho ea lisele li bontšitse ho fokotseha ha lisele tse telele le ho eketseha ha lisele tse chitja (setšoantšo sa 6a, b).Ho phaella moo, bophara ba sele ea Feret bo eketsehile ka li-micrometer tse 'maloa ka mor'a ho sebelisana le SL Nb2CTx MXene (setšoantšo sa 6e) ha se bapisoa le SL Nb4C3TX MXene (setšoantšo sa 6f).Re belaela hore sena se ka 'na sa bakoa ke ho kenngoa ka matla ha Nb oxides ka microalgae ha ho sebelisana le Nb2CTx SR.Ho khomarela ho sa tsitsang ha li-flakes tsa Nb holim'a tsona ho ka fella ka kholo ea sele ka phello e fokolang ea shading.
Maikutlo a rona mabapi le liphetoho liparamenteng tsa sebopeho le boholo ba maalgae a tlatselletsa lithuto tse ling.Li-microalgae tse tala li ka fetola morphology ea tsona ho arabela khatellong ea tikoloho ka ho fetola boholo ba sele, sebopeho kapa metabolism61.Mohlala, ho fetola boholo ba lisele ho nolofatsa ho monya ha limatlafatsi71.Lisele tse nyane tsa algae li bonts'a ts'ebeliso e tlase ea limatlafatsi le sekhahla sa kholo ea kholo.Ka lehlakoreng le leng, lisele tse kholo li atisa ho ja limatlafatsi tse ngata, ebe li kenngoa ka intracellularly72,73.Machado le Soares ba fumane hore fungicide triclosan e ka eketsa boholo ba sele.Ba boetse ba fumana liphetoho tse tebileng sebopehong sa algae74.Ho phaella moo, Yin et al.9 o ile a boela a senola liphetoho tsa morphological algae ka mor'a ho pepesehela ho fokotsehile graphene oxide nanocomposites.Ka hona, ho hlakile hore boholo bo fetotsoeng / sebopeho sa li-microalgae li bakoa ke ho ba teng ha MXene.Kaha phetoho ena ea boholo le sebōpeho e bontša hore ho na le liphetoho tse amanang le limatlafatsi, re lumela hore tlhahlobo ea boholo le litekanyo tsa sebōpeho ka nako e telele e ka bontša ho kenngoa ha niobium oxide ka microalgae ka pel'a Nb-MXenes.
Ho feta moo, MXenes e ka ba oxidized ka pel'a algae.Dalai et al.75 ba hlokometse hore morpholoji ea algae e tala e pepesitsoeng ho nano-TiO2 le Al2O376 e ne e sa tšoane.Le hoja maikutlo a rona a tšoana le thuto ea hona joale, e sebetsa feela ho thuto ea liphello tsa bioremediation ho latela lihlahisoa tsa ho senyeha ha MXene ka pel'a 2D nanoflakes eseng nanoparticles.Kaha MXenes e ka senyeha ka li-oxide tsa tšepe, 31,32,77,78 hoa utloahala ho nahana hore Nb nanoflakes ea rona e ka boela ea etsa Nb oxides ka mor'a ho sebelisana le lisele tsa microalgae.
E le hore re hlalose ho fokotseha ha li-nanoflakes tsa 2D-Nb ka mochine oa ho senyeha ho itšetlehile ka mokhoa oa oxidation, re ile ra etsa lithuto ka ho sebelisa li-electron microscopy (HRTEM) tse nang le boemo bo phahameng ba phetisetso (Setšoantšo sa 7a, b) le X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) (Setšoantšo sa 7).7c-i le litafole S4-5).Mekhoa ena ka bobeli e loketse ho ithuta ka oxidation ea lisebelisoa tsa 2D le ho tlatsana.HRTEM e khona ho hlahloba ho senyeha ha mehaho e nang le mahlakore a mabeli le ponahalo e latelang ea tšepe ea oxide nanoparticles, ha XPS e ela hloko li-bonds tsa holim'a metsi.Bakeng sa morero ona, re ile ra leka li-nanoflakes tsa 2D Nb-MXene tse ntšitsoeng ho li-dispersions tsa lisele tsa microalgae, ke hore, sebōpeho sa tsona ka mor'a ho sebelisana le lisele tsa microalgae (bona setšoantšo sa 7).
Litšoantšo tsa HRTEM tse bontšang morphology ea oxidized (a) SL Nb2CTx le (b) SL Nb4C3Tx MXenes, liphetho tsa tlhahlobo ea XPS tse bontšang (c) ho hlophisoa ha lihlahisoa tsa oxide ka mor'a ho fokotseha, (d-f) tlhōrō e ts'oanang ea likarolo tsa XPS spectra ea SL Nb2CTx le (g- i) e tala ea Nb4C e entsoeng ka Nb4Ce e tala.
Lithuto tsa HRTEM li tiisitse oxidation ea mefuta e 'meli ea Nb-MXene nanoflakes.Le hoja li-nanoflakes li ile tsa boloka li-morphology tsa tsona tse peli ho isa bohōleng bo itseng, oxidation e ile ea fella ka ponahalo ea li-nanoparticles tse ngata tse koahelang holim'a MXene nanoflakes (bona setšoantšo sa 7a, b).Tlhahlobo ea XPS ea matšoao a c Nb 3d le O 1 e bontšitse hore Nb oxides e thehiloe maemong a mabeli.Joalokaha ho bontšitsoe setšoantšong sa 7c, 2D MXene Nb2CTx le Nb4C3TX li na le matšoao a Nb 3d a bontšang boteng ba NbO le Nb2O5 oxides, ha matšoao a O 1 a bontša palo ea li-bond tsa O-Nb tse amanang le ts'ebetso ea 2D nanoflake holim'a metsi.Re hlokometse hore monehelo oa Nb oxide o ka sehloohong ha o bapisoa le Nb-C le Nb3 + -O.
Ka feiga.Lipalo 7g-ke bonts'a sebopeho sa XPS sa Nb 3d, C 1s, le O 1s SL Nb2CTx (sheba Figs. 7d-f) le SL Nb4C3TX MXene e arohaneng le lisele tsa microalgae.Lintlha tsa li-parameter tse phahameng tsa Nb-MXenes li fanoe ho Litafole S4-5, ka ho latellana.Re hlahlobile pele sebopeho sa Nb 3d.Ho fapana le Nb e kenngoa ke lisele tsa microalgae, ho MXene e arohaneng le lisele tsa microalgae, ntle le Nb2O5, likarolo tse ling li ile tsa fumanoa.Ho Nb2CTx SL, re hlokometse monehelo oa Nb3 + -O ka tekanyo ea 15%, ha karolo e 'ngoe ea Nb 3d e ne e laoloa ke Nb2O5 (85%).Ho phaella moo, mohlala oa SL Nb4C3TX o na le likarolo tsa Nb-C (9%) le Nb2O5 (91%).Mona Nb-C e tsoa likarolong tse peli tsa ka hare tsa athomo ea tšepe ea carbide ho Nb4C3Tx SR.Ebe re etsa 'mapa oa C 1s ho likarolo tse' nè tse fapaneng, joalo ka ha re entse lisampole tse kentsoeng ka hare.Joalokaha ho lebeletsoe, C 1s spectrum e laoloa ke graphic carbon, e lateloa ke menehelo e tsoang ho likaroloana tsa tlhaho (CHx/CO le C=O) tse tsoang liseleng tsa microalgae.Ho feta moo, sebokeng sa O 1s, re bone tlatsetso ea mefuta ea organic ea lisele tsa microalgae, niobium oxide, le metsi a adsorbed.
Ho phaella moo, re ile ra batlisisa hore na Nb-MXenes cleavage e amahanngoa le ho ba teng ha mefuta ea oksijene e sebetsang (ROS) ka har'a limatlafatsi le / kapa lisele tsa microalgae.Ho fihlela sena, re ile ra hlahloba litekanyetso tsa oksijene ea singlet (1O2) moetlong oa setso le intracellular glutathione, thiol e sebetsang e le antioxidant ho microalgae.Liphetho li bontšoa ho SI (Figures S20 le S21).Litloaelo tse nang le SL Nb2CTx le Nb4C3TX MXenes li ne li khetholloa ke palo e fokotsehileng ea 1O2 (bona Setšoantšo sa S20).Tabeng ea SL Nb2CTx, MXene 1O2 e fokotsehile hoo e ka bang 83%.Bakeng sa meetlo ea microalgae e sebelisang SL, Nb4C3TX 1O2 e fokotsehile le ho feta, ho ea ho 73%.Hoa thahasellisa hore liphetoho tsa 1O2 li bontšitse mokhoa o tšoanang le oa pele o neng o hlokometsoe inhibitory-stimulatory effect (bona setšoantšo sa 3).Ho ka phehoa khang ea hore ho qhoqhoa ka leseli le khanyang ho ka fetola photooxidation.Leha ho le joalo, liphello tsa tlhatlhobo taolo ile a bontša hoo e ka bang kamehla maemo a 1O2 nakong teko (sa feiga. S22).Tabeng ea maemo a ROS a intracellular, re boetse re hlokometse mokhoa o ts'oanang oa ho theoha (sheba Setšoantšo sa S21).Qalong, maemo a ROS ka lisele tsa microalgae tse hlahisitsoeng ka pel'a Nb2CTx le Nb4C3Tx SLs li feta maemo a fumanoang litsong tse hloekileng tsa microalgae.Leha ho le joalo, qetellong ho ile ha bonahala eka microalgae e ikamahanya le boteng ba bobeli ba Nb-MXenes, kaha maemo a ROS a fokotsehile ho 85% le 91% ea litekanyetso tse lekantsoeng litloaelong tse hloekileng tsa microalgae tse kenngoa ka SL Nb2CTx le Nb4C3TX, ka ho latellana.Sena se ka 'na sa bontša hore li-microalgae li ikutloa li phutholohile ha nako e ntse e feta ka pel'a Nb-MXene ho feta ka mokhoa oa limatlafatsi feela.
Li-microalgae ke lihlopha tse fapaneng tsa li-photosynthetic.Nakong ea photosynthesis, ba fetola carbon dioxide ea sepakapaka (CO2) hore e be organic carbon.Lihlahisoa tsa photosynthesis ke tsoekere le oxygen79.Re belaela hore oksijene e entsoeng ka tsela eo e phetha karolo ea bohlokoa ho oxidation ea Nb-MXenes.Tlhaloso e 'ngoe e ka khonehang bakeng sa sena ke hore parameter e fapaneng ea aeration e thehoa ka khatello e tlaase le e phahameng ea karolo ea oksijene ka ntle le ka hare ho Nb-MXene nanoflakes.Sena se bolela hore kae kapa kae moo ho nang le libaka tsa likhatello tse sa tšoaneng tsa oksijene, sebaka se nang le boemo bo tlaase ka ho fetisisa se tla theha anode 80, 81, 82. Mona, microalgae e kenya letsoho ho thehoeng ha lisele tse fapaneng tsa aerated holim'a li-flakes tsa MXene, tse hlahisang oksijene ka lebaka la thepa ea tsona ea photosynthetic.Ka lebaka leo, lihlahisoa tsa biocorrosion (tabeng ena, niobium oxides) li thehoa.Karolo e 'ngoe ke hore li-microalgae li ka hlahisa li-organic acid tse lokolloang ka metsing83,84.Ka hona, tikoloho e mabifi e thehoa, kahoo e fetola Nb-MXenes.Ho feta moo, maalgae a ka fetola pH ea tikoloho hore e be alkaline ka lebaka la ho monya ha carbon dioxide, e ka boela ea baka corrosion79.
Habohlokoa le ho feta, nako e lefifi / e bobebe e sebelisitsoeng thutong ea rona e bohlokoa ho utloisisa liphetho tse fumanoeng.Karolo ena e hlalositsoe ka botlalo ho Djemai-Zoghlache et al.85 Ba sebelisitse ka boomo photoperiod ea lihora tse 12/12 ho bontša biocorrosion e amanang le biofouling ke microalgae e khubelu ea Porphyridium purpureum.Li bontša hore photoperiod e amahanngoa le ho fetoha ha bokhoni ntle le biocorrosion, ho iponahatsa e le pseudoperiodic oscillations ho pota 24:00.Maikutlo ana a netefalitsoe ke Dowling et al.86 Ba bonts'itse li-photosynthetic biofilms tsa cyanobacteria Anabaena.Oksijene e qhibilihisitsoeng e thehoa tlas'a ketso ea leseli, e amanang le phetoho kapa ho feto-fetoha ha matla a mahala a biocorrosion.Bohlokoa ba photoperiod bo totobatsoa ke taba ea hore monyetla oa mahala oa biocorrosion o eketseha karolong ea leseli mme o fokotseha karolong e lefifi.Sena se bakoa ke oksijene e hlahisoang ke photosynthetic microalgae, e susumetsang karabelo ea cathodic ka khatello e sa fellang e hlahisoang haufi le li-electrodes87.
Ho feta moo, Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR) e ile ea etsoa ho fumana hore na ho na le liphetoho tse etsahetseng mofuteng oa lik'hemik'hale oa lisele tsa microalgae ka mor'a ho sebelisana le Nb-MXenes.Liphetho tsena tse fumanoeng li rarahane 'me re li hlahisa ho SI (Figures S23-S25, ho kenyelletsa le liphetho tsa sethala sa MAX le ML MXenes).Ka bokhutšoanyane, litšupiso tse fumanoeng tsa li-microalgae li re fa leseli la bohlokoa mabapi le litšobotsi tsa lik'hemik'hale tsa lintho tsena.Li-vibrations tsena tse ka 'nang tsa etsahala li fumaneha maqhubu a 1060 cm-1 (CO), 1540 cm-1, 1640 cm-1 (C = C), 1730 cm-1 (C = O), 2850 cm-1, 2920 cm-1.ngoe.1 1 (C–H) le 3280 cm–1 (O–H).Bakeng sa SL Nb-MXenes, re fumane lets'oao le otlollang la CH-bond le lumellanang le thuto ea rona e fetileng38.Leha ho le joalo, re hlokometse hore litlhōrō tse ling tse eketsehileng tse amanang le C=C le CH li ile tsa nyamela.Sena se bontša hore lik'hemik'hale tsa microalgae li ka 'na tsa e-ba le liphetoho tse nyenyane ka lebaka la ho sebelisana le SL Nb-MXenes.
Ha ho nahanoa ka liphetoho tse ka bang teng ho biochemistry ea microalgae, ho bokellana ha inorganic oxides, joalo ka niobium oxide, ho hloka ho nahanoa bocha59.E ameha tabeng ea ho kenngoa ha tšepe ka holim'a sele, ho tsamaisoa ha tsona ho cytoplasm, ho kopana ha tsona le lihlopha tsa intracellular carboxyl, le ho bokella ha tsona ka microalgae polyphosphosomes20,88,89,90.Ho phaella moo, kamano pakeng tsa microalgae le tšepe e bolokiloe ke lihlopha tse sebetsang tsa lisele.Ka lebaka lena, ho monya ho boetse ho ipapisitse le chemistry ea microalgae, e rarahaneng haholo9,91.Ka kakaretso, joalokaha ho lebeletsoe, metsoako ea lik'hemik'hale ea li-microalgae tse tala e fetohile hanyenyane ka lebaka la ho kenngoa ha Nb oxide.
Ho khahlisang, thibelo ea pele e bonoang ea maalgae e ile ea khutlisoa ha nako e ntse e ea.Joalokaha re bone, microalgae e ile ea hlōla phetoho ea pele ea tikoloho 'me qetellong ea khutlela ho litekanyetso tse tloaelehileng tsa kgolo esita le ho eketseha.Lithuto tsa bokhoni ba zeta li bonts'a botsitso bo phahameng ha li hlahisoa mecheng ea litaba tsa limatlafatsi.Ka hona, ho sebelisana holimo pakeng tsa lisele tsa microalgae le Nb-MXene nanoflakes ho ile ha bolokoa ho pholletsa le liteko tsa ho fokotsa.Ha re ntse re hlahloba ho ea pele, re akaretsa mekhoa e meholo ea ts'ebetso e thehiloeng boitšoarong bona bo tsotehang ba microalgae.
Litlhahlobo tsa SEM li bontšitse hore microalgae e atisa ho khomarela Nb-MXenes.Re sebelisa tlhahlobo ea litšoantšo tse matla, re tiisa hore phello ena e lebisa phetohong ea li-nanoflakes tsa Nb-MXene tse peli-dimensional ka likaroloana tse ngata tsa spherical, ka hona ho bontša hore ho senyeha ha li-nanoflakes ho amahanngoa le oxidation ea bona.Ho leka maikutlo a rona, re ile ra etsa letoto la lithuto tsa lintho tse bonahalang le tsa biochemical.Ka mor'a ho etsa liteko, li-nanoflakes butle-butle li ile tsa e-ba le oxidized 'me tsa bola ka lihlahisoa tsa NbO le Nb2O5, tse neng li sa be kotsi ho li-microalgae tse tala.Re sebelisa tlhahlobo ea FTIR, ha rea ​​ka ra fumana liphetoho tse kholo tsa lik'hemik'hale tsa microalgae tse kenngoeng ka pel'a 2D Nb-MXene nanoflakes.Ha re nahana ka monyetla oa ho monya niobium oxide ka microalgae, re ile ra etsa tlhahlobo ea X-ray fluorescence.Liphetho tsena li bontša ka ho hlaka hore li-microalgae tse ithutoang li fepa ka niobium oxides (NbO le Nb2O5), tse seng chefo ho li-microalgae tse ithutoang.