Waad ku mahadsan tahay booqashada Nature.com. Waxaad isticmaaleysaa nooc biraawsar ah oo leh taageero CSS oo xaddidan. Waayo-aragnimada ugu fiican, waxaan kugula talineynaa inaad isticmaasho biraawsar la cusbooneysiiyay (ama aad joojiso Habka La-qabsiga ee Internet Explorer). Dhanka kale, si loo hubiyo taageerada joogtada ah, waxaan soo bandhigi doonnaa goobta iyada oo aan lahayn qaabab iyo JavaScript.
Waxay soo bandhigaysaa sawir-qaadis saddex sawir-qaadis ah isku mar. Isticmaal badhamada Hore iyo kuwa Xiga si aad ugu dhex marto saddex sawir-qaadis markiiba, ama isticmaal badhamada sawir-qaadis ee dhammaadka si aad ugu dhex marto saddex sawir-qaadis markiiba.
Horumarka degdega ah ee nanotechnology iyo isku-darka codsiyada maalinlaha ah ayaa khatar gelin kara deegaanka. Iyadoo hababka cagaaran ee burburinta wasakhda dabiiciga ah si fiican loo aasaasay, soo kabashada wasakhda aan organic ahayn waa walaac weyn sababtoo ah xasaasiyadooda hoose ee isbeddelka bayoolojiga iyo la'aanta fahamka isdhexgalka dusha sare ee walxaha leh kuwa bayoolojiga. Halkan, waxaan isticmaalnaa qaabka 2D MXenes ee aan organic ahayn ee ku salaysan Nb oo lagu daray habka falanqaynta qaab-dhismeedka fudud si loo raad raaco habka bioremediation ee nanomaterials-ka dhoobada 2D iyada oo loo marayo microalgae-ka cagaaran ee Raphidocelis subcapitata. Waxaan ogaanay in microalgae-yadu ay burburiyaan MXenes-ka ku salaysan Nb sababtoo ah isdhexgalka fisiko-kiimikada ee la xiriira dusha sare. Markii hore, nanoflakes-ka MXene ee hal-lakab iyo badan ayaa lagu dhejiyay dusha sare ee microalgae, taas oo si yar u yareysay koritaanka algae. Si kastaba ha ahaatee, markii la dhexgalay dusha sare, microalgae-yadu waxay oksaydhiyeen nanoflakes-ka MXene waxayna sii burburiyeen NbO iyo Nb2O5. Maadaama oksaydhyadani aysan sun u ahayn unugyada yaryar ee algae, waxay ku isticmaalaan nanoparticles-ka Nb oxide iyagoo adeegsanaya hab nuugis ah oo sii soo celiya microalgae-ka ka dib 72 saacadood oo daaweyn biyo ah. Saamaynta nafaqooyinka la xiriira nuugista ayaa sidoo kale ka muuqda kororka mugga unugyada, qaabkooda siman iyo isbeddelka heerka koritaanka. Iyada oo lagu saleynayo natiijooyinkan, waxaan ku soo gabagabeyneynaa in joogitaanka muddada gaaban iyo muddada dheer ee MXenes-ka ku salaysan Nb ee nidaamyada biyaha macaan ay sababi karaan oo keliya saameyn yar oo deegaanka ah. Waxaa xusid mudan in, iyadoo la adeegsanayo nanomaterials laba-geesood ah sida nidaamyada moodeelka, aan muujinno suurtagalnimada in la raaco isbeddelka qaabka xitaa walxaha yaryar. Guud ahaan, daraasaddani waxay ka jawaabaysaa su'aal muhiim ah oo aasaasi ah oo ku saabsan hababka la xiriira isdhexgalka dusha sare ee kiciya habka bioremediation ee nanomaterials-ka 2D waxayna bixisaa saldhig loogu talagalay daraasado dheeraad ah oo muddo gaaban iyo waqti dheer ah oo ku saabsan saameynta deegaanka ee nanomaterials-ka aan dabiiciga ahayn ee kristalinta.
Maaddooyinka Nano waxay soo jiiteen xiiso badan tan iyo markii la ogaaday, iyo tiknoolajiyado kala duwan oo nano ah ayaa dhawaan galay marxalad casri ah1. Nasiib darro, isku-darka maaddooyinka nano ee codsiyada maalinlaha ah waxay horseedi kartaa sii-deyn shil ah oo ay ugu wacan tahay qashin-qubka aan habboonayn, maaraynta taxaddar la'aanta ah, ama kaabayaasha badbaadada oo aan ku filnayn. Sidaa darteed, waa macquul in la qiyaaso in maaddooyinka nano, oo ay ku jiraan maaddooyinka nano ee laba-geesoodka ah (2D), lagu sii deyn karo deegaanka dabiiciga ah, oo dhaqanka iyo dhaqdhaqaaqa bayoolojiga aan weli si buuxda loo fahmin. Sidaa darteed, ma aha wax lala yaabo in walaacyada sunta deegaanka ay diiradda saareen awoodda maaddooyinka nano ee 2D ay ugu dhex milmaan nidaamyada biyaha2,3,4,5,6. Nidaamyadan deegaanka, maaddooyinka nano ee 2D qaarkood waxay la falgeli karaan nooleyaal kala duwan oo heerar kala duwan oo trophic ah, oo ay ku jiraan microalgae.
Algae-yada yaryar waa nooleyaal asal ah oo si dabiici ah looga helo nidaamyada biyaha macaan iyo kuwa badda kuwaas oo soo saara noocyo kala duwan oo kiimiko ah iyada oo loo marayo sawir-qaadis7. Sidaas darteed, waxay muhiim u yihiin nidaamyada biyaha8,9,10,11,12 laakiin sidoo kale waa tilmaameyaal xasaasi ah, raqiis ah oo si ballaaran loo isticmaalo oo muujinaya sunta deegaanka13,14. Maadaama unugyada algae-yada yaryar ay si dhakhso ah u tarmaan oo si dhakhso ah uga jawaabaan joogitaanka iskudhisyo kala duwan, waxay ballanqaadayaan horumarinta habab deegaanka u fiican oo lagu daweeyo biyaha ku wasakhaysan walxaha dabiiciga ah15,16.
Unugyada algae waxay ka saari karaan ayoonnada aan noolayn biyaha iyagoo adeegsanaya bayooloji iyo ururin17,18. Qaar ka mid ah noocyada algae sida Chlorella, Anabaena invar, Westiellopsis prolifica, Stigeoclonium tenue iyo Synechococcus sp. Waxaa la ogaaday inay siddo oo xitaa quudiso ayoonnada birta sunta ah sida Fe2+, Cu2+, Zn2+ iyo Mn2+19. Daraasado kale ayaa muujiyay in ayoonnada Cu2+, Cd2+, Ni2+, Zn2+ ama Pb2+ ay xaddidaan koritaanka Scenedesmus iyagoo beddelaya qaab-dhismeedka unugyada oo burburinaya chloroplasts-kooda20,21.
Hababka cagaaran ee lagu kala furfuro wasakhda dabiiciga ah iyo ka saarista aayoonnada birta culus ayaa soo jiitay dareenka saynisyahannada iyo injineerada adduunka oo dhan. Tani waxay inta badan sabab u tahay xaqiiqda ah in wasakhdaas si fudud loogu farsameeyo marxaladda dareeraha ah. Si kastaba ha ahaatee, wasakhda aan dabiiciga ahayn ee kristalinta waxaa lagu gartaa milmida biyaha oo hooseysa iyo u nuglaansho yar oo ku timaadda isbeddello kala duwan oo bayooloji ah, taas oo keenta dhibaatooyin waaweyn oo ku yimaada hagaajinta, horumar yarna lagama gaarin aaggan22,23,24,25,26. Sidaa darteed, raadinta xalal deegaanka u fiican oo loogu talagalay hagaajinta walxaha nano ayaa weli ah aag adag oo aan la sahamin. Sababtoo ah heerka sare ee hubanti la'aanta ku saabsan saamaynta isbeddelka bayoolojiga ee walxaha nano ee 2D, ma jirto hab fudud oo lagu ogaan karo waddooyinka suurtagalka ah ee burburkooda inta lagu jiro dhimista.
Daraasaddan, waxaan u isticmaalnay microalgae cagaaran sidii wakiil bioremediation biyood firfircoon oo loogu talagalay walxaha dhoobada aan organic ahayn, oo ay weheliso la socodka in situ ee habka burburka ee MXene oo ah wakiil ka mid ah walxaha dhoobada aan organic ahayn. Ereyga "MXene" wuxuu ka tarjumayaa stoichiometry ee walaxda Mn+1XnTx, halkaas oo M uu yahay bir hore oo kala-guur ah, X waa kaarboon iyo/ama nitrogen, Tx waa joojiye dusha sare ah (tusaale ahaan, -OH, -F, -Cl), iyo n = 1, 2, 3 ama 427.28. Tan iyo markii la ogaaday MXenes by Naguib et al. Dareemayaasha, daaweynta kansarka iyo sifeynta xuubka 27,29,30. Intaa waxaa dheer, MXenes waxaa loo tixgelin karaa inay yihiin nidaamyada moodeelka 2D sababtoo ah xasilloonidooda kolloidal ee aadka u fiican iyo isdhexgalka bayoolojiga ee suurtagalka ah31,32,33,34,35,36.
Sidaa darteed, habka lagu sameeyay maqaalkan iyo mala-awaalka cilmi-baaristayada waxaa lagu muujiyay Jaantuska 1. Sida laga soo xigtay mala-awaalkan, algae-yada yaryar waxay u jajabiyaan MXenes-ka ku salaysan Nb una beddelaan iskudhisyo aan sun ahayn sababtoo ah isdhexgalka fisiko-kiimikada ee dusha sare, taas oo u oggolaanaysa soo kabasho dheeraad ah oo algae ah. Si loo tijaabiyo mala-awaalkan, laba xubnood oo ka tirsan qoyska carbide-ka birta ku-meel-gaarka ah ee ku salaysan niobium iyo/ama nitrides (MXenes), kuwaas oo kala ah Nb2CTx iyo Nb4C3TX, ayaa la doortay.
Habka cilmi-baarista iyo mala-awaalka ku salaysan caddaynta ee soo kabashada MXene ee ay samaysay microalgae-ka cagaaran ee Raphidocelis subcapitata. Fadlan ogow in tani ay tahay matalaad sawireed oo ku saabsan mala-awaalka ku salaysan caddaynta. Deegaanka harada wuu ku kala duwan yahay habka nafaqada ee la isticmaalo iyo xaaladaha (tusaale ahaan, wareegga maalinlaha ah iyo xaddidaadaha nafaqooyinka lagama maarmaanka ah ee la heli karo). Waxaa laga sameeyay BioRender.com.
Sidaa darteed, annagoo u adeegsanayna MXene nidaam moodel ah, waxaan albaabka u furnay daraasad ku saabsan saameyno bayooloji oo kala duwan oo aan lagu arki karin walxaha kale ee caadiga ah ee nanomaterials. Gaar ahaan, waxaan muujineynaa suurtagalnimada in bioremediation lagu sameeyo walxaha laba-geesoodka ah, sida MXenes-ka ku salaysan niobium, iyadoo la adeegsanayo microalgae Raphidocelis subcapitata. Microalgae waxay awood u leeyihiin inay Nb-MXenes u beddelaan oksaydhyada aan sunta ahayn ee NbO iyo Nb2O5, kuwaas oo sidoo kale bixiya nafaqooyin iyada oo loo marayo habka qaadashada niobium. Guud ahaan, daraasaddani waxay ka jawaabaysaa su'aal muhiim ah oo aasaasi ah oo ku saabsan hababka la xiriira isdhexgalka fiisikiska kiimikada dusha sare ee xukuma hababka bioremediation ee nanomaterials-ka laba-geesoodka ah. Intaa waxaa dheer, waxaan horumarinaynaa hab fudud oo ku salaysan qaab-beegti si loogu raad raaco isbeddellada qarsoon ee qaabka nanomaterials-ka 2D. Tani waxay dhiirigelinaysaa cilmi-baaris dheeraad ah oo muddo gaaban iyo waqti dheer ah oo ku saabsan saameynta deegaanka ee kala duwan ee nanomaterials-ka aan dabiiciga ahayn ee kristalinta. Sidaas darteed, daraasaddeennu waxay kordhinaysaa fahamka isdhexgalka ka dhexeeya dusha sare ee maaddada iyo walxaha bayoolojiga. Waxaan sidoo kale bixinaynaa aasaaska daraasado ballaaran oo muddo gaaban iyo waqti dheer ah oo ku saabsan saameyntooda suurtagalka ah ee ku yeelan karta nidaamyada biyaha macaan, kuwaas oo hadda si fudud loo xaqiijin karo.
MXenes waxay matalaan fasal xiiso leh oo walxo leh sifooyin jireed iyo kiimiko oo gaar ah oo soo jiidasho leh sidaas darteedna codsiyo badan oo suurtagal ah. Sifooyinkani waxay inta badan ku xiran yihiin stoichiometry-gooda iyo kiimikada dusha sare. Sidaa darteed, daraasaddeenna, waxaan ku baarnay laba nooc oo ah MXenes hal lakab ah oo ku salaysan Nb, Nb2CTx iyo Nb4C3TX, maadaama saameyn bayooloji oo kala duwan oo ku saabsan nanomaterials-kan la arki karo. MXenes waxaa laga soo saaraa agabkooda bilowga ah iyadoo la adeegsanayo xoqid xulasho ah oo kor-hoos ah oo ah lakabyo A-wajiga MAX-ka khafiifsan. Marxaladda MAX waa dhoobo saddex-geesood ah oo ka kooban baloogyo "xidhan" oo ah kaarbide bir ah oo kala-guur ah iyo lakabyo khafiif ah oo ah walxaha "A" sida Al, Si, iyo Sn oo leh stoichiometry MnAXn-1. Qaab-dhismeedka marxaladda MAX ee bilowga ah waxaa lagu arkay iyadoo la sawirayo mikroskoobka elektaroonigga ah (SEM) waxayna la jaanqaadaysay daraasado hore (Fiiri Macluumaadka Dheeraadka ah, SI, Jaantuska S1). Lakabyo badan (ML) Nb-MXene ayaa la helay ka dib markii laga saaray lakabka Al oo leh 48% HF (hydrofluoric acid). Qaab-dhismeedka ML-Nb2CTx iyo ML-Nb4C3TX waxaa lagu baaray iyadoo la adeegsanayo sawir-gacmeedka elektaroonigga ah (SEM) (Jaantusyada S1c iyo S1d siday u kala horreeyaan) waxaana la arkay qaab-dhismeedka MXene ee lakabka caadiga ah, oo la mid ah nanoflakes laba-cabbir ah oo dhex mara godad u eg daloollo dhaadheer. Labada Nb-MXenes waxay wax badan wadaagaan marxaladaha MXene ee hore loogu sameeyay qallajinta aashitada27,38. Ka dib markii aan xaqiijinay qaab-dhismeedka MXene, waxaan ku darinnay isku-dhafka tetrabutylammonium hydroxide (TBAOH) oo ay ku xigto dhaqidda iyo sonication, ka dib waxaan helnay nanoflakes hal-lakab ama lakab hoose (SL) 2D Nb-MXene.
Waxaan isticmaalnay mikroskoobka elektaroonigga gudbinta ee xallinta sare leh (HRTEM) iyo kala-soocidda raajada (XRD) si aan u tijaabino waxtarka xoqidda iyo diirka dheeraadka ah. Natiijooyinka HRTEM ee lagu farsameeyay iyadoo la adeegsanayo Isbeddelka Fourier-ka ee Dib-u-rogidda (IFFT) iyo Isbeddelka Fourier-ka ee Degdegga ah (FFT) ayaa lagu muujiyay Jaantuska 2. Nanoflakes-ka Nb-MXene waxaa loo jiheeyay geeska sare si loo hubiyo qaab-dhismeedka lakabka atomiga oo loo cabbiro masaafada u dhaxaysa. Sawirada HRTEM ee nanoflakes-ka MXene Nb2CTx iyo Nb4C3TX waxay muujiyeen dabeecadooda lakabka ah ee khafiifka ah (fiiri Jaantuska 2a1, a2), sida ay hore u soo sheegeen Naguib et al.27 iyo Jastrzębska et al.38. Laba lakab oo isku xiga oo Nb2CTx iyo Nb4C3Tx ah, waxaan go'aaminay masaafada u dhaxaysa lakabka ee 0.74 iyo 1.54 nm, siday u kala horreeyaan (Jaantusyada 2b1,b2), kaas oo sidoo kale waafaqsan natiijooyinkeennii hore38. Tan waxaa sii xaqiijiyay isbeddelka Fourier-ka ee degdega ah (Jaantuska 2c1, c2) iyo isbeddelka Fourier-ka ee degdega ah (Jaantuska 2d1, d2) oo muujinaya masaafada u dhaxaysa halbeegyada Nb2CTx iyo Nb4C3Tx. Sawirku wuxuu muujinayaa isbeddel ku yimaada xargaha iftiinka iyo mugdiga ah ee u dhigma atamka niobium iyo kaarboon, taas oo xaqiijinaysa dabeecadda lakabka ah ee MXenes-ka la bartay. Waa muhiim in la ogaado in spectra-ka kala firdhisan ee X-ray-ga (EDX) ee laga helay Nb2CTx iyo Nb4C3Tx (Jaantusyada S2a iyo S2b) uusan muujin wax haraaga marxaladda MAX ee asalka ah, maadaama aan la helin Al peak.
Astaamaynta nanoflakes-ka SL Nb2CTx iyo Nb4C3Tx MXene, oo ay ku jiraan (a) sawir-qaadista nanoflake-ka 2D ee dhinaca aragtida sare (HRTEM) iyo u dhiganta, (b) qaabka xoogga, (c) isbeddelka Fourier-ka ee degdega ah (IFFT), (d) isbeddelka Fourier-ka ee degdega ah (FFT), (e) qaababka raajada Nb-MXenes. SL 2D Nb2CTx, lambarrada waxaa lagu muujiyaa (a1, b1, c1, d1, e1). SL 2D Nb4C3Tx, lambarrada waxaa lagu muujiyaa (a2, b2, c2, d2, e1).
Cabbiraadaha kala-soocidda raajada ee SL Nb2CTx iyo Nb4C3Tx MXenes waxaa lagu muujiyay Jaantusyada 2e1 iyo e2, siday u kala horreeyaan. Meelaha ugu sarreeya (002) ee 4.31 iyo 4.32 waxay u dhigmaan MXenes ee hore loo sharraxay ee lakabka ah Nb2CTx iyo Nb4C3TX38,39,40,41 siday u kala horreeyaan. Natiijooyinka XRD waxay sidoo kale muujinayaan jiritaanka qaar ka mid ah qaab-dhismeedka ML ee harsan iyo marxaladaha MAX, laakiin inta badan qaababka XRD ee la xiriira SL Nb4C3Tx (Jaantuska 2e2). Joogitaanka walxaha yaryar ee marxaladda MAX waxay sharxi kartaa heerka ugu sarreeya ee MAX marka la barbar dhigo lakabyada Nb4C3Tx ee aan kala sooca lahayn.
Cilmi-baaris dheeraad ah ayaa diiradda saartay microalgae-yada cagaaran ee ka tirsan nooca R. subcapitata. Waxaan doorannay microalgae sababtoo ah waa soo-saareyaal muhiim ah oo ku lug leh shabakadaha cuntada ee waaweyn42. Sidoo kale waa mid ka mid ah tilmaamayaasha ugu wanaagsan ee sunta sababtoo ah awoodda laga saaro walxaha sunta ah ee loo qaado heerarka sare ee silsiladda cuntada43. Intaa waxaa dheer, cilmi-baarista ku saabsan R. subcapitata waxay iftiimin kartaa sunta shilalka ah ee SL Nb-MXenes ee noolaha biyaha macaan ee caadiga ah. Si tan loo muujiyo, cilmi-baarayaashu waxay qiyaaseen in microbe kasta uu leeyahay xasaasiyad ka duwan isku-dhafka sunta ah ee ku jira deegaanka. Inta badan noolaha, isku-darka hooseeya ee walxaha ma saameeyaan korriinkooda, halka isku-darka ka sarreeya xadka gaarka ah uu joojin karo ama xitaa sababi karo dhimasho. Sidaa darteed, daraasaddeenna ku saabsan isdhexgalka dusha sare ee u dhexeeya microalgae iyo MXenes iyo soo kabashada la xiriirta, waxaan go'aansannay inaan tijaabino isku-darka aan dhibka lahayn iyo sunta ah ee Nb-MXenes. Si aan tan u sameyno, waxaan tijaabinay heerarka 0 (sida tixraaca), 0.01, 0.1 iyo 10 mg l-1 MXene iyo sidoo kale microalgae-yada cudurka qaba oo leh heerar aad u sarreeya oo MXene ah (100 mg l-1 MXene), kuwaas oo noqon kara kuwo aad u daran oo dilaa ah. . deegaan kasta oo bayooloji ah.
Saamaynta SL Nb-MXenes ee microalgae waxaa lagu muujiyay Jaantuska 3, oo lagu muujiyay boqolkiiba kor u qaadista kobaca (+) ama joojinta (-) ee lagu cabbiray muunadaha 0 mg l-1. Si loo barbardhigo, marxaladda Nb-MAX iyo ML Nb-MXenes ayaa sidoo kale la tijaabiyay natiijooyinkana waxaa lagu muujiyay SI (fiiri Jaantuska S3). Natiijooyinka la helay waxay xaqiijiyeen in SL Nb-MXenes ay ku dhawaad ​​​​gebi ahaanba ka madhan tahay sunta heerka fiirsashada hoose laga bilaabo 0.01 ilaa 10 mg/l, sida lagu muujiyay Jaantuska 3a,b. Xaaladda Nb2CTx, ma aanan arag wax ka badan 5% sunta deegaanka ee heerka la cayimay.
Kicinta (+) ama joojinta (-) ee koritaanka algae-yada yaryar marka ay joogaan SL (a) Nb2CTx iyo (b) Nb4C3TX MXene. 24, 48 iyo 72 saacadood oo isdhexgalka MXene-yada yaryar ayaa la falanqeeyay. Xog muhiim ah (tijaabada t, p < 0.05) waxaa lagu calaamadeeyay calaamad (*). Xog muhiim ah (tijaabada t, p < 0.05) waxaa lagu calaamadeeyay calaamad (*). Значимые данные (t-критерий, p <0,05) отмечены звездочкой (*). Xog muhiim ah (tijaabada t, p < 0.05) waxaa lagu calaamadeeyay calaamad (*).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-tijaab, p <0,05) отмечены звездочкой (*). Xogta muhiimka ah (t-test, p < 0.05) waxaa lagu calaamadeeyay calaamad (*).Fallaadhaha cas waxay muujinayaan joojinta kicinta xakamaynta.
Dhanka kale, heerarka hoose ee Nb4C3TX waxay noqdeen kuwo sun ah, laakiin aan ka badnayn 7%. Sida la filayay, waxaan aragnay in MXenes ay leeyihiin sun badan iyo joojinta koritaanka algae ee 100mg L-1. Waxaa xiiso leh, mid ka mid ah agabku ma muujin isbeddel isku mid ah iyo ku tiirsanaanta waqtiga ee saamaynta sunta/sunta marka la barbar dhigo muunadaha MAX ama ML (fiiri SI faahfaahin dheeraad ah). Iyadoo marxaladda MAX (fiiri Jaantuska S3) suntu ay gaartay qiyaastii 15-25% oo ay sii korodhay waqti ka dib, isbeddelka soo horjeeda ayaa lagu arkay SL Nb2CTx iyo Nb4C3TX MXene. Joojinta koritaanka algae ee microalgae ayaa hoos u dhacday waqti ka dib. Waxay gaartay qiyaastii 17% 24 saacadood ka dib waxayna hoos ugu dhacday wax ka yar 5% 72 saacadood ka dib (Jaantuska 3a, b, siday u kala horreeyaan).
Waxaa ka sii muhiimsan, SL Nb4C3TX, joojinta koritaanka algae waxay gaartay qiyaastii 27% 24 saacadood ka dib, laakiin 72 saacadood ka dib waxay hoos ugu dhacday qiyaastii 1%. Sidaa darteed, waxaan ku calaamadeynay saameynta la arkay inay tahay joojinta kicinta rogan, saameyntuna waxay ka xoog badnayd SL Nb4C3TX MXene. Kicinta koritaanka algae micro waxaa hore loogu arkay Nb4C3TX (isdhexgalka 10 mg L-1 muddo 24 saacadood ah) marka la barbar dhigo SL Nb2CTx MXene. Saamaynta celinta kicinta-kicinta ayaa sidoo kale si fiican loogu muujiyay qalooca heerka labanlaabka ah ee biomass (fiiri Jaantuska S4 wixii faahfaahin ah). Ilaa hadda, kaliya sunta deegaanka ee Ti3C2TX MXene ayaa lagu bartay siyaabo kala duwan. Ma aha sun ku ah embriyaha zebrafish44 laakiin waa sun dhexdhexaad ah oo ku ah dhirta algae ee Desmodesmus quadricauda iyo saccharatum Sorghum45. Tusaalooyin kale oo saameyn gaar ah leh waxaa ka mid ah sunta sare ee khadadka unugyada kansarka marka loo eego khadadka unugyada caadiga ah46,47. Waxaa la qiyaasi karaa in xaaladaha tijaabada ay saameyn ku yeelan doonaan isbeddellada koritaanka algae-yada yaryar ee la arkay iyadoo ay joogaan Nb-MXenes. Tusaale ahaan, pH-ga qiyaastii 8 ee stroma-ka chloroplast-ka ayaa ugu habboon hawlgalka hufan ee enzyme-ka RuBisCO. Sidaa darteed, isbeddellada pH-ku waxay si xun u saameeyaan heerka photosynthesis48,49. Si kastaba ha ahaatee, ma aanan arag isbeddello muhiim ah oo ku yimid pH intii lagu jiray tijaabada (fiiri SI, Jaantuska S5 si aad u hesho faahfaahin). Guud ahaan, dhaqamada algae-yada yaryar ee leh Nb-MXenes ayaa si yar u yareeyay pH-ga xalka waqti ka dib. Si kastaba ha ahaatee, hoos u dhacani wuxuu la mid ahaa isbeddelka pH-ga ee dhexdhexaad saafi ah. Intaa waxaa dheer, kala duwanaanshaha la helay wuxuu la mid ahaa kan lagu cabbiray dhaqanka saafiga ah ee algae-yada yaryar (muunadda xakamaynta). Sidaa darteed, waxaan ku soo gabagabeyneynaa in sawir-qaadistu aysan saameyn ku yeelan isbeddellada pH-ga waqti ka dib.
Intaa waxaa dheer, MXenes-ka la sameeyay waxay leeyihiin dhammaadka dusha sare (oo loo yaqaan Tx). Kuwani inta badan waa kooxo shaqeynaya -O, -F iyo -OH. Si kastaba ha ahaatee, kiimikada dusha sare waxay si toos ah ula xiriirtaa habka isku-darka. Kooxahan waxaa loo yaqaanaa inay si aan kala sooc lahayn ugu kala firirsan yihiin dusha sare, taasoo adkeyneysa in la saadaaliyo saameyntooda sifooyinka MXene50. Waxaa lagu doodi karaa in Tx ay noqon karto xoogga kicinta ee oksaydhka niobium ee iftiinka. Kooxaha shaqeynaya ee dusha sare runtii waxay bixiyaan goobo badan oo lagu xiro sawir-qaadayaasha hoose si ay u sameeyaan heterojunctions51. Si kastaba ha ahaatee, halabuurka dhexdhexaadka ah ee koritaanka ma uusan bixin sawir-qaade wax ku ool ah (halabuurka dhexdhexaadka ah ee faahfaahsan waxaa laga heli karaa Shaxda SI S6). Intaa waxaa dheer, wax ka beddelka dusha sare sidoo kale aad ayuu muhiim u yahay, maadaama dhaqdhaqaaqa bayoolojiga ee MXenes la beddeli karo sababtoo ah lakabka ka dib habaynta, oksaydhka, wax ka beddelka dusha sare ee kiimikada ee isku-dhafka dabiiciga ah iyo kuwa aan organic ahayn52,53,54,55,56 ama injineernimada dallacaadda dusha sare38. Sidaa darteed, si aan u tijaabino in niobium oxide ay wax xiriir ah la leedahay xasillooni darrada walxaha ee ku jirta dhexdhexaadka, waxaan sameynay daraasado ku saabsan awoodda zeta (ζ) ee dhexdhexaadka koritaanka algae ee microalgae iyo biyaha la gooyay (isbarbardhigga). Natiijooyinkayagu waxay muujinayaan in SL Nb-MXenes ay yihiin kuwo aad u deggan (fiiri Jaantuska SI S6 natiijooyinka MAX iyo ML). Awoodda zeta ee SL MXenes waa qiyaastii -10 mV. Xaaladda SR Nb2CTx, qiimaha ζ wuxuu xoogaa ka taban yahay kan Nb4C3Tx. Isbeddelka noocan oo kale ah ee qiimaha ζ wuxuu muujin karaa in dusha sare ee nanoflakes-ka MXene ee si xun loo dallacay uu nuugayo ion-yada si togan loogu dallacay bartamaha dhaqanka. Cabbiraadaha ku meel gaarka ah ee awoodda zeta iyo wadista Nb-MXenes ee dhexdhexaadka dhaqanka (fiiri Jaantusyada S7 iyo S8 ee SI wixii faahfaahin dheeraad ah) waxay u muuqdaan inay taageerayaan mala-awaalkeenna.
Si kastaba ha ahaatee, labada Nb-MXene SL waxay muujiyeen isbeddello yar oo ka yimid eber. Tani waxay si cad u muujinaysaa xasilloonidooda ku jirta habka koritaanka algae-ga. Intaa waxaa dheer, waxaan qiimeynay in joogitaanka algae-ga cagaaran ay saameyn doonto xasilloonida Nb-MXenes ee dhexdhexaadka. Natiijooyinka awoodda zeta iyo socodka MXenes ka dib isdhexgalka algae-ga ee warbaahinta nafaqada iyo dhaqanka waqti ka dib waxaa laga heli karaa SI (Jaantusyada S9 iyo S10). Waxaa xiiso leh, waxaan ogaanay in joogitaanka algae-ga ay u muuqatay inay xasilinayso kala firdhinta labada MXenes. Xaaladda Nb2CTx SL, awoodda zeta xitaa si yar ayay hoos ugu dhacday waqti ka dib una gaartay qiimo taban oo dheeraad ah (-15.8 marka loo eego -19.1 mV ka dib 72 saacadood oo la beero). Awoodda zeta ee SL Nb4C3TX ayaa si yar u korodhay, laakiin ka dib 72 saacadood waxay weli muujisay xasillooni ka sarreysa nanoflakes iyada oo aan lahayn jiritaanka algae-ga micro (-18.1 vs. -9.1 mV).
Waxaan sidoo kale helnay hoos u dhac ku yimaada isticmaalka xalalka Nb-MXene iyadoo la isticmaalayo microalgae, taasoo muujinaysa xaddi yar oo ion ah oo ku jira maaddada nafaqada. Si gaar ah, xasillooni darrada MXenes ee biyaha waxay inta badan sabab u tahay oksaydheynta dusha sare57. Sidaa darteed, waxaan tuhunsannahay in microalgae-yada cagaaran ay si uun u nadiifiyeen oksaydhyada ka sameysmay dusha sare ee Nb-MXene xitaa ay ka hortageen inay dhacaan (oksaydheynta MXene). Tan waxaa lagu arki karaa iyadoo la baranayo noocyada walxaha ay nuugaan microalgae-yada.
In kasta oo daraasadaheenna deegaanka sunta ah ay muujiyeen in algae-yada yaryar ay awood u yeesheen inay ka gudbaan sunta Nb-MXenes waqti ka dib iyo joojinta aan caadiga ahayn ee koritaanka kicinta leh, ujeeddada daraasaddeennu waxay ahayd in la baaro hababka suurtagalka ah ee ficilka. Marka noolaha sida algae ay la kulmaan iskudhisyo ama walxo aan aqoon u lahayn nidaamyadooda, waxay ka fal celin karaan siyaabo kala duwan58,59. Maqnaanshaha oksaydhyada birta sunta ah, algae-yada yaryar waxay quudin karaan naftooda, taasoo u oggolaanaysa inay si joogto ah u koraan60. Ka dib marka la cuno walxaha sunta ah, hababka difaaca ayaa la hawlgelin karaa, sida beddelka qaabka ama qaabka. Suurtagalnimada nuugista waa in sidoo kale la tixgeliyaa58,59. Waxaa xusid mudan, calaamad kasta oo farsamo difaac ah waa tilmaame cad oo ku saabsan sunta isku-dhafka tijaabada. Sidaa darteed, shaqadeenna dheeraadka ah, waxaan baarnay isdhexgalka dusha sare ee suurtagalka ah ee u dhexeeya nanoflakes-ka SL Nb-MXene iyo microalgae ee SEM iyo nuugista suurtagalka ah ee MXene ee ku salaysan Nb iyadoo la adeegsanayo X-ray fluorescence spectroscopy (XRF). Ogsoonow in falanqaynta SEM iyo XRF lagu sameeyay oo keliya heerka ugu sarreeya ee MXene si wax looga qabto arrimaha sunta dhaqdhaqaaqa.
Natiijooyinka SEM waxaa lagu muujiyay Jaantuska 4. Unugyada yaryar ee aan la daweyn (fiiri Jaantuska 4a, muunadda tixraaca) waxay si cad u muujiyeen qaab-dhismeedka caadiga ah ee R. subcapitata iyo qaabka unugyada u eg croissant. Unugyadu waxay u muuqdaan kuwo siman oo aan nidaamsanayn. Unugyada yaryar ee yaryar ayaa is dulsaaray oo isku dheggan, laakiin tani waxay u badan tahay inay sabab u tahay habka diyaarinta muunadda. Guud ahaan, unugyada yaryar ee saafiga ah waxay lahaayeen dusha siman mana muujin wax isbeddello qaab-dhismeed ah.
Sawirrada SEM oo muujinaya isdhexgalka dusha sare ee u dhexeeya microalgae cagaaran iyo nanosheets MXene ka dib 72 saacadood oo isdhexgal ah oo ku salaysan fiirsasho aad u daran (100 mg L-1). (a) Microalgae cagaaran oo aan la daweyn ka dib isdhexgal SL (b) Nb2CTx iyo (c) Nb4C3TX MXenes. Ogow in nanoflakes-ka Nb-MXene lagu calaamadeeyay fallaadho cas. Si loo barbardhigo, sawirro laga soo qaaday mikroskoobka indhaha ayaa sidoo kale lagu daray.
Taas bedelkeeda, unugyada yaryar ee algae ee ay ku nuugaan nanoflakes-ka SL Nb-MXene ayaa waxyeelloobay (fiiri Jaantuska 4b, c, fallaadhaha cas). Xaaladda Nb2CTx MXene (Jaantuska 4b), algae-yada yaryar waxay u muuqdaan inay ku koraan nanoscales laba-geesood ah oo ku lifaaqan, kuwaas oo beddeli kara qaab-dhismeedkooda. Waxaa xusid mudan, waxaan sidoo kale ku aragnay isbeddelladan iyadoo la adeegsanayo mikroskoob fudud (fiiri SI Jaantuska S11 si aad u hesho faahfaahin). Kala-guurkan qaab-dhismeedka wuxuu leeyahay saldhig macquul ah oo ku saabsan fiisigiska algae-yada yaryar iyo awooddooda ay isku difaacaan iyagoo beddelaya qaab-dhismeedka unugyada, sida kordhinta mugga unugyada 61. Sidaa darteed, waa muhiim in la hubiyo tirada unugyada yaryar ee algae ee dhab ahaantii la xiriira Nb-MXenes. Daraasadaha SEM waxay muujiyeen in qiyaastii 52% unugyada yaryar ee algae ay la kulmeen Nb-MXenes, halka 48% unugyadan yaryar ee algae ay ka fogaadeen taabashada. SL Nb4C3Tx MXene, microalgae waxay isku dayaan inay ka fogaadaan taabashada MXene, taasoo keentay inay deegaan noqdaan oo ay ka koraan nanoscales laba-geesood ah (Jaantuska 4c). Si kastaba ha ahaatee, ma aanan arag gelinta nanoscales ee unugyada microalgae iyo waxyeelladooda.
Is-ilaalinta naftu sidoo kale waa hab-dhaqan jawaab celin waqti-ku-saleysan oo ku wajahan xannibaadda sawir-qaadista sababtoo ah nuugista walxaha dusha sare ee unugga iyo saameynta loogu yeero hadhka (hadhka)62. Waa iska cad in shay kasta (tusaale ahaan, nanoflakes-ka Nb-MXene) ee u dhexeeya microalgae-ka iyo isha iftiinka uu xaddidayo xaddiga iftiinka ee ay nuugaan chloroplasts-ka. Si kastaba ha ahaatee, shaki kuma jiro in tani ay saameyn weyn ku leedahay natiijooyinka la helay. Sida lagu muujiyay indha-indheynteena microscopic-ka, nanoflakes-ka 2D si buuxda looma duubin ama loogu dhegin dusha sare ee microalgae-ka, xitaa markii unugyada microalgae-ka ay la xiriireen Nb-MXenes. Taa beddelkeeda, nanoflakes-ku waxay noqdeen kuwo ku wajahan unugyada microalgae-ka iyagoon daboolin dusha sare. Nooc noocaas ah oo nanoflakes/microalgae ah si weyn uma xaddidi karo xaddiga iftiinka ee ay nuugaan unugyada microalgae. Intaa waxaa dheer, daraasado qaar ayaa xitaa muujiyay horumar ku yimid nuugista iftiinka ee noolaha sawir-qaadista leh iyadoo ay joogaan nanomaterials laba-geesood ah63,64,65,66.
Maadaama sawirrada SEM aysan si toos ah u xaqiijin karin qaadashada niobium ee unugyada microalgae, daraasaddeenna dheeraadka ah waxay u jeedsatay falanqaynta iftiinka raajada X-ray (XRF) iyo sawir-qaadista sawir-qaadista X-ray (XPS) si loo caddeeyo arrintaan. Sidaa darteed, waxaan isbarbar dhignay xoogga meelaha ugu sarreeya ee Nb ee muunadaha microalgae ee tixraaca ah ee aan la falgalin MXenes, nanoflakes-ka MXene ee ka go'ay dusha sare ee unugyada microalgae, iyo unugyada microalgae ka dib marka laga saaro MXenes ee ku xiran. Waxaa xusid mudan in haddii aysan jirin qaadashada Nb, qiimaha Nb ee ay helaan unugyada microalgae waa inuu ahaadaa eber ka dib marka laga saaro nanoscales-ka ku xiran. Sidaa darteed, haddii qaadashada Nb dhacdo, natiijooyinka XRF iyo XPS labaduba waa inay muujiyaan heerka Nb ee cad.
Xaaladda XRF spectra, muunadaha microalgae waxay muujiyeen meelaha ugu sarreeya ee Nb ee SL Nb2CTx iyo Nb4C3Tx MXene ka dib markii ay la falgaleen SL Nb2CTx iyo Nb4C3Tx MXene (fiiri Jaantuska 5a, sidoo kale ogow in natiijooyinka MAX iyo ML MXenes lagu muujiyay SI, Jaantusyada S12–C17). Waxaa xiiso leh, xoojinta heerka ugu sarreeya ee Nb waa isku mid labada xaaladoodba (baararka cas ee Jaantuska 5a). Tani waxay muujisay in algae aysan nuugi karin Nb badan, awoodda ugu badan ee ururinta Nbna waxaa lagu gaaray unugyada, inkastoo laba jeer ka badan Nb4C3Tx MXene lagu dhejiyay unugyada microalgae (baararka buluugga ah ee Jaantuska 5a). Waxaa xusid mudan, awoodda microalgae ee nuugista biraha waxay ku xiran tahay isku-darka oksaydhyada birta ee deegaanka67,68. Shamshada et al.67 waxay ogaadeen in awoodda nuugista ee algae biyaha macaan ay hoos u dhacdo marka pH sii kordho. Raize iyo al.68 waxay xuseen in awoodda badda ee nuugista biraha ay qiyaastii 25% ka sarreyso Pb2+ marka loo eego Ni2+.
(a) Natiijooyinka XRF ee qaadashada Nb-ka aasaasiga ah ee unugyada microalgae-ka cagaaran oo lagu dhex geliyay tiro aad u badan oo ah SL Nb-MXenes (100 mg L-1) muddo 72 saacadood ah. Natiijooyinku waxay muujinayaan joogitaanka α ee unugyada microalgae-ka saafiga ah (muunadda xakamaynta, tiirarka cawlan), nanoflakes-ka 2D ee laga soocay unugyada microalgae-ka dusha sare (tiirarka buluugga ah), iyo unugyada microalgae ka dib kala soocidda nanoflakes-ka 2D ee dusha sare (tiirarka cas). Tirada Nb-ka curiyaha ah, (b) boqolkiiba halabuurka kiimikada ee qaybaha organic-ka ee microalgae (C=O iyo CHx/C–O) iyo oksaydhyada Nb ee ku jira unugyada microalgae ka dib marka la geliyo SL Nb-MXenes, (c–e) Ku rakibidda ugu sarreysa ee isku-dhafka ee XPS SL Nb2CTx spectra iyo (fh) SL Nb4C3Tx MXene oo ay gudaha ku hayaan unugyada microalgae.
Sidaa darteed, waxaan fileynay in Nb ay nuugo unugyada algae qaab oksaydh. Si aan tan u tijaabino, waxaan sameynay daraasado XPS ah oo ku saabsan unugyada MXenes Nb2CTx iyo Nb4C3TX iyo algae. Natiijooyinka isdhexgalka algae ee micro-algae ee Nb-MXenes iyo MXenes ee laga soocay unugyada algae waxaa lagu muujiyay Jaantusyada 5b. Sida la filayay, waxaan ogaanay meelaha ugu sarreeya ee Nb 3d ee muunadaha algae ka dib markii laga saaray MXene dusha sare ee algae. Go'aaminta tirada ee oksaydhyada C=O, CHx/CO, iyo Nb waxaa lagu xisaabiyay iyadoo lagu saleynayo spectra-ka Nb 3d, O 1s, iyo C 1s ee laga helay Nb2CTx SL (Jaantuska 5c–e) iyo Nb4C3Tx SL (Jaantuska 5c–e). ) laga helay micro-algae-ka la qalajiyey. Jaantuska 5f–h) MXenes. Shaxda S1-3 waxay muujineysaa faahfaahinta xuduudaha ugu sarreeya iyo kiimikada guud ee ka dhalata ku habboonaanta. Waxaa xusid mudan in gobollada Nb 3d ee Nb2CTx SL iyo Nb4C3Tx SL (Sawirka 5c, f) ay u dhigmaan hal qayb oo Nb2O5 ah. Halkan, ma aanan helin meelaha ugu sarreeya ee la xiriira MXene ee muuqaalka, taasoo muujinaysa in unugyada microalgae ay nuugaan oo keliya qaabka oksaydhka ee Nb. Intaa waxaa dheer, waxaan ku qiyaasnay ​​spectrum-ka C 1 s qaybaha C-C, CHx/C-O, C=O, iyo -COOH. Waxaan u qoondaynay meelaha ugu sarreeya CHx/C-O iyo C=O inay ku biiraan unugyada microalgae. Qaybahan organic-ga ah waxay ka dhigan yihiin 36% iyo 41% meelaha ugu sarreeya C 1s ee Nb2CTx SL iyo Nb4C3TX SL, siday u kala horreeyaan. Kadib waxaan ku rakibnay spectrum-ka O 1s ee SL Nb2CTx iyo SL Nb4C3TX Nb2O5, qaybaha organic-ga ee microalgae (CHx/CO), iyo biyaha dusha sare ku nuuga.
Ugu dambeyntii, natiijooyinka XPS waxay si cad u muujiyeen qaabka Nb, ma aha oo kaliya joogitaankiisa. Sida laga soo xigtay booska calaamadda Nb 3d iyo natiijooyinka kala-goynta, waxaan xaqiijineynaa in Nb lagu nuugo oo keliya qaabka oksaydhyada ee aan ahayn ions ama MXene lafteeda. Intaa waxaa dheer, natiijooyinka XPS waxay muujiyeen in unugyada microalgae ay leeyihiin awood weyn oo ay ku qaataan oksaydhyada Nb ee ka yimaada SL Nb2CTx marka loo eego SL Nb4C3TX MXene.
In kasta oo natiijooyinka qaadashada Nb ay yihiin kuwo cajiib ah oo noo oggolaanaya inaan aqoonsanno burburka MXene, ma jiro hab la heli karo si loola socdo isbeddellada qaab-dhismeedka ee la xiriira nanoflakes-ka 2D. Sidaa darteed, waxaan sidoo kale go'aansannay inaan horumarinno hab ku habboon oo si toos ah uga jawaabi kara isbeddel kasta oo ka dhaca nanoflakes-ka 2D Nb-MXene iyo unugyada microalgae. Waa muhiim in la ogaado inaan u qaadanno in haddii noocyada is-dhexgalka ay maraan isbeddel, kala-goyn ama kala-goyn, tani waa inay si dhakhso ah isu muujisaa isbeddello ku yimaada xuduudaha qaabka, sida dhexroorka aagga wareegsan ee u dhigma, wareegga, ballaca Feret, ama dhererka Feret. Maadaama xuduudahani ay ku habboon yihiin sharraxaadda walxaha dhaadheer ama nanoflakes-ka laba-geesoodka ah, raadraacooda iyadoo la adeegsanayo falanqaynta qaabka walxaha firfircoon waxay na siin doontaa macluumaad qiimo leh oo ku saabsan isbeddelka qaab-dhismeedka ee nanoflakes-ka SL Nb-MXene inta lagu jiro dhimista.
Natiijooyinka la helay waxaa lagu muujiyay Jaantuska 6. Si loo barbardhigo, waxaan sidoo kale tijaabinay marxaladda MAX ee asalka ah iyo ML-MXenes (fiiri Jaantusyada SI S18 iyo S19). Falanqaynta firfircoon ee qaabka walxaha ayaa muujisay in dhammaan xuduudaha qaabka ee laba Nb-MXene SL ay si weyn isu beddeleen ka dib markii ay la falgaleen microalgae. Sida lagu muujiyay cabbirka u dhigma ee dhexroorka aagga wareegsan (Jaantuska 6a, b), hoos u dhaca xoogga ugu sarreeya ee jajabka nanoflakes waaweyn waxay muujinaysaa inay u muuqdaan inay u jajaban yihiin jajabyo yaryar. Jaantuska 6c, d wuxuu muujinayaa hoos u dhac ku yimid meelaha ugu sarreeya ee la xiriira cabbirka isdhaafka ah ee jajabyada (dheeraynta nanoflakes), taasoo muujinaysa isbeddelka nanoflakes 2D qaab u eg walxaha. Jaantuska 6e-h oo muujinaya ballaca iyo dhererka Feret, siday u kala horreeyaan. Ballaca iyo dhererka Feret waa xuduudaha is-waafajinta waana in si wadajir ah loo tixgeliyaa. Ka dib markii la beero nanoflakes 2D Nb-MXene iyadoo ay joogaan microalgae, meelaha ugu sarreeya ee isku xidhka Feret way isbeddeleen xooggoodana way yaraatay. Iyada oo lagu saleynayo natiijooyinkan oo ay weheliso qaab-dhismeedka, XRF iyo XPS, waxaan ku soo gabagabeynay in isbeddellada la arkay ay si xooggan ula xiriiraan oksaydheynta maadaama MXenes-ka oksaydhka ah ay noqdaan kuwo aad u laalaaban oo u kala jaba jajabyo iyo walxo oksaydh oo wareegsan69,70.
Falanqaynta isbeddelka MXene ka dib marka la falgalo microalgae cagaaran. Falanqaynta qaabka walxaha firfircoon waxay tixgelinaysaa xuduudaha sida (a, b) dhexroorka aagga wareegsan ee u dhigma, (c, d) wareegsanaanta, (e, f) ballaca Feret iyo (g, h) dhererka Feret. Si taas loo gaaro, laba muunado microalgae ah oo tixraac ah ayaa lagu falanqeeyay iyadoo lala kaashanayo SL Nb2CTx iyo SL Nb4C3Tx MXenes, SL Nb2CTx iyo SL Nb4C3Tx MXenes, microalgae-ka la burburiyay, iyo microalgae-ka la daweeyay SL Nb2CTx iyo SL Nb4C3Tx MXenes. Fallaadhaha cas waxay muujinayaan kala-guurka xuduudaha qaabka nanoflakes-ka laba-geesoodka ah ee la bartay.
Maadaama falanqaynta qaab-dhismeedka ay aad ugu kalsoon tahay, waxay sidoo kale muujin kartaa isbeddellada qaab-dhismeedka ee unugyada microalgae. Sidaa darteed, waxaan falanqaynay dhexroorka aagga wareegsan ee u dhigma, wareegga, iyo ballaca/dhererka Feret ee unugyada microalgae ee saafiga ah iyo unugyada ka dib marka la falgalo nanoflakes 2D Nb. Jaantuska 6a-h wuxuu muujinayaa isbeddellada qaab-dhismeedka unugyada algae, sida lagu caddeeyey hoos u dhaca xoogga ugu sarreeya iyo isbeddelka ugu sarreeya ee qiimaha sare. Gaar ahaan, cabbirrada wareegga unugyada waxay muujiyeen hoos u dhac ku yimid unugyada dhaadheer iyo kororka unugyada wareegsan (Jaantuska 6a, b). Intaa waxaa dheer, ballaca unugyada Feret wuxuu kordhay dhowr micrometers ka dib markii la falgalo SL Nb2CTx MXene (Jaantuska 6e) marka la barbar dhigo SL Nb4C3TX MXene (Jaantuska 6f). Waxaan tuhunsannahay in tani ay sabab u tahay qaadashada xooggan ee oksaydhyada Nb ee microalgae marka la falgalo Nb2CTx SR. Ku-xidhnaanta aan adkayn ee jajabyada Nb ee dusha sare waxay keeni kartaa koritaanka unugyada iyadoo saameyn hadh yar leh.
Indha-indheynteenna ku saabsan isbeddellada ku yimid xuduudaha qaabka iyo cabbirka algae-yada yaryar waxay dhammaystiraan daraasado kale. Algae-yada cagaaran waxay beddeli karaan qaab-dhismeedkooda iyagoo ka jawaabaya cadaadiska deegaanka iyagoo beddelaya cabbirka unugyada, qaabka ama dheef-shiid kiimikaadka61. Tusaale ahaan, beddelka cabbirka unugyada waxay sahlaysaa nuugista nafaqooyinka71. Unugyada algae-yada yaryar waxay muujiyaan qaadashada nafaqada oo hooseysa iyo heerka koritaanka oo yaraada. Taas bedelkeeda, unugyada waaweyn waxay u muuqdaan inay cunaan nafaqooyin badan, kuwaas oo markaa lagu shubo gudaha unugyada72,73. Machado iyo Soares waxay ogaadeen in triclosan-ka sunta cayayaanka lagu dilo uu kordhin karo cabbirka unugyada. Waxay sidoo kale heleen isbeddello qoto dheer oo ku yimid qaabka algae-yada74. Intaa waxaa dheer, Yin et al.9 waxay sidoo kale muujiyeen isbeddellada qaab-dhismeedka ee algae ka dib markii la soo gaadhay nanocomposites-ka graphene oxide ee yaraaday. Sidaa darteed, way caddahay in xuduudaha cabbirka/qaabka ee isbeddelay ee algae-yada yaryar ay sababaan joogitaanka MXene. Maadaama isbeddelkan cabbirka iyo qaabka uu tilmaamayo isbeddellada ku yimaada qaadashada nafaqada, waxaan aaminsanahay in falanqaynta cabbirrada cabbirka iyo qaabka waqti ka dib ay muujin karto qaadashada niobium oxide ee microalgae iyadoo la joogo Nb-MXenes.
Intaa waxaa dheer, MXenes waxaa lagu oksaydhi karaa marka ay algae joogaan. Dalai et al.75 waxay arkeen in qaab-dhismeedka algae cagaaran ee loo soo bandhigay nano-TiO2 iyo Al2O376 uusan ahayn mid isku mid ah. Inkasta oo indha-indhayntu ay la mid yihiin daraasaddan hadda jirta, waxay khusaysaa oo keliya daraasadda saamaynta bioremediation marka la eego alaabada burburka MXene marka ay joogaan nanoflakes 2D oo aan ahayn nanoparticles. Maadaama MXenes ay u beddeli karaan oksaydh bir ah, 31,32,77,78 waa macquul in la qiyaaso in nanoflakes-keena Nb ay sidoo kale samayn karaan oksaydhyada Nb ka dib marka ay la falgalaan unugyada microalgae.
Si aan u sharaxno hoos u dhigista nanoflakes-ka 2D-Nb iyada oo loo marayo habka kala-goynta iyadoo lagu saleynayo habka oksaydhka, waxaan sameynay daraasado annagoo adeegsanayna mikroskoobka elektaroonigga gudbinta ee xallinta sare leh (HRTEM) (Jaantuska 7a,b) iyo sawir-qaadista sawir-qaadista X-ray (XPS) (Jaantuska 7). 7c-i iyo jadwalka S4-5). Labada habba waxay ku habboon yihiin barashada oksaydhka agabka 2D iyo is-dhammaystirka. HRTEM waxay awood u leedahay inay falanqayso burburka qaab-dhismeedka lakabka laba-geesoodka ah iyo muuqaalka xiga ee nanoparticles-ka birta oksaydhka, halka XPS ay xasaasi u tahay isku-xidhka dusha sare. Ujeeddadaas awgeed, waxaan tijaabinay nanoflakes-ka 2D Nb-MXene ee laga soo saaray kala-baxa unugyada microalgae, taas oo ah, qaabkooda ka dib marka la falgalo unugyada microalgae (fiiri Sawirka 7).
Sawirrada HRTEM oo muujinaya qaab-dhismeedka oksaydhaynta (a) SL Nb2CTx iyo (b) Natiijooyinka falanqaynta SL Nb4C3Tx MXenes, XPS oo muujinaya (c) isku-darka alaabada oksaydhka ka dib dhimista, (d–f) isku-dhafka ugu sarreeya ee qaybaha muuqaalka XPS ee SL Nb2CTx iyo (g–i) Nb4C3Tx SL oo lagu hagaajiyay microalgae cagaaran.
Daraasadaha HRTEM waxay xaqiijiyeen oksaydhaynta laba nooc oo ah nanoflakes-ka Nb-MXene. Inkasta oo nanoflakes-ku ay ilaa xad haysteen qaab-dhismeedkooda laba-geesoodka ah, oksaydhaynta waxay keentay muuqaalka nanoparticles badan oo daboolaya dusha sare ee nanoflakes-ka MXene (fiiri Jaantuska 7a,b). Falanqaynta XPS ee calaamadaha c Nb 3d iyo O 1s waxay muujisay in oksaydhyada Nb ay sameeyeen labada xaaladoodba. Sida ku cad Jaantuska 7c, 2D MXene Nb2CTx iyo Nb4C3TX waxay leeyihiin calaamado Nb 3d ah oo muujinaya jiritaanka oksaydhyada NbO iyo Nb2O5, halka calaamadaha O 1s ay muujinayaan tirada isku-xidhka O-Nb ee la xidhiidha shaqaynta dusha sare ee nanoflake-ka 2D. Waxaan ogaanay in ka qayb qaadashada oksaydhka Nb ay tahay mid aad u badan marka la barbar dhigo Nb-C iyo Nb3+-O.
Jaantuska 7g–i wuxuu muujinayaa muuqaalka XPS ee Nb 3d, C 1s, iyo O 1s SL Nb2CTx (fiiri Jaantusyada 7d–f) iyo SL Nb4C3TX MXene oo laga soocay unugyada microalgae. Faahfaahinta xuduudaha ugu sarreeya ee Nb-MXenes waxaa lagu bixiyay Jadwalka S4–5, siday u kala horreeyaan. Marka hore waxaan falanqeynay isku-dhafka Nb 3d. Si ka duwan Nb oo ay nuugaan unugyada microalgae, MXene oo laga soocay unugyada microalgae, marka laga reebo Nb2O5, waxaa laga helay qaybo kale. Nb2CTx SL, waxaan ku aragnay kaalinta Nb3+-O ee qaddarka 15%, halka inta kale ee Nb 3d spectrum ay ku badan tahay Nb2O5 (85%). Intaa waxaa dheer, muunadda SL Nb4C3TX waxay ka kooban tahay qaybaha Nb-C (9%) iyo Nb2O5 (91%). Halkan Nb-C waxay ka timaaddaa laba lakab oo atomi ah oo gudaha ah oo ah kaarboon bir ah oo ku jira Nb4C3Tx SR. Kadib waxaan sawiraynaa spectra-ka C 1s afar qaybood oo kala duwan, sida aan ku sameynay muunado gudaha ah. Sida la filayay, spectrum-ka C 1s waxaa xukuma kaarboon garaafig ah, waxaana ku xiga tabarucaad ka timid walxaha dabiiciga ah (CHx/CO iyo C=O) ee ka yimid unugyada algae-ga. Intaa waxaa dheer, spectrum-ka O 1s, waxaan aragnay tabarucaadka qaababka dabiiciga ah ee unugyada algae-ga, niobium oxide, iyo biyaha la nuugay.
Intaa waxaa dheer, waxaan baarnay in kala-goynta Nb-MXenes ay la xiriirto joogitaanka noocyada oksijiinta ee falgalka leh (ROS) ee unugyada nafaqada iyo/ama unugyada microalgae. Si taas loo gaaro, waxaan qiimeynay heerarka oksijiinta singlet (1O2) ee ku jira unugyada dhaqanka iyo glutathione-ka gudaha, oo ah thiol oo u shaqeeya sidii antioxidant-ka microalgae. Natiijooyinka waxaa lagu muujiyay SI (Jaantusyada S20 iyo S21). Dhaqamada leh SL Nb2CTx iyo Nb4C3TX MXenes waxaa lagu gartaa qadar yar oo ah 1O2 (fiiri Jaantuska S20). Xaaladda SL Nb2CTx, MXene 1O2 waxaa loo dhimay ilaa 83%. Dhaqamada microalgae ee isticmaalaya SL, Nb4C3TX 1O2 ayaa hoos u dhacay xitaa in ka badan, ilaa 73%. Waxaa xiiso leh, isbeddellada 1O2 waxay muujiyeen isbeddel la mid ah saameynta kicinta-kicinta ee hore loo arkay (fiiri Jaantuska 3). Waxaa lagu doodi karaa in ku-shubista iftiinka dhalaalaya ay bedeli karto photooxidation. Si kastaba ha ahaatee, natiijooyinka falanqaynta xakamaynta waxay muujiyeen heerar joogto ah oo ah 1O2 intii lagu jiray tijaabada (Jaantuska S22). Marka laga hadlayo heerarka ROS ee gudaha unugyada, waxaan sidoo kale aragnay isbeddel hoos u dhac ah oo isku mid ah (fiiri Jaantuska S21). Markii hore, heerarka ROS ee unugyada microalgae ee lagu beeray joogitaanka Nb2CTx iyo Nb4C3Tx SLs waxay dhaafeen heerarka laga helay dhaqamada saafiga ah ee microalgae. Si kastaba ha ahaatee, ugu dambeyntii, waxay u muuqatay in microalgae-yadu ay la qabsadeen joogitaanka labada Nb-MXenes, maadaama heerarka ROS ay hoos ugu dhaceen 85% iyo 91% heerarka lagu cabbiray dhaqamada saafiga ah ee microalgae ee lagu tallaalay SL Nb2CTx iyo Nb4C3TX, siday u kala horreeyaan. Tani waxay tilmaami kartaa in microalgae-yadu ay dareemaan raaxo badan waqti ka dib joogitaanka Nb-MXene marka loo eego dhexdhexaadka nafaqada oo keliya.
Microalgae waa koox kala duwan oo noolaha sawir-qaadista ah. Inta lagu jiro sawir-qaadista, waxay u beddelaan jawiga kaarboon laba ogsaydh (CO2) kaarboon dabiici ah. Waxyaabaha ka soo baxa sawir-qaadista waa gulukoos iyo oksijiin79. Waxaan tuhunsannahay in oksijiinta sidaas loo sameeyay ay door muhiim ah ka ciyaarto oksaydhka Nb-MXenes. Mid ka mid ah sharraxaadda suurtagalka ah ee tan ayaa ah in halbeegga hawo-qaadista kala duwan uu ka sameysmo cadaadis hoose iyo sare oo qayb ahaan ah oo oksijiin ah oo ka baxsan iyo gudaha nanoflakes-ka Nb-MXene. Taas macnaheedu waa in meel kasta oo ay jiraan meelo ay ka jiraan cadaadis qayb ahaan kala duwan oo oksijiin ah, aagga heerka ugu hooseeya wuxuu samayn doonaa anode 80, 81, 82. Halkan, microalgae waxay gacan ka geystaan ​​​​abuurka unugyo si kala duwan u hawo leh oo ku yaal dusha sare ee jajabyada MXene, kuwaas oo soo saara oksijiin sababtoo ah sifooyinkooda sawir-qaadista. Natiijo ahaan, alaabada biocorrosion (kiiskan, niobium oxides) ayaa la sameeyaa. Dhinac kale ayaa ah in microalgae ay soo saari karaan asiidhyo dabiici ah oo lagu sii daayo biyaha83,84. Sidaa darteed, deegaan gardarro ah ayaa la sameeyaa, sidaas darteedna waxaa la beddelaa Nb-MXenes. Intaa waxaa dheer, algae-yada yaryar waxay u beddeli karaan pH-ga deegaanka alkaline sababtoo ah nuugista kaarboon laba ogsaydh, taas oo sidoo kale sababi karta miridhku79.
Waxaa ka sii muhiimsan, muddada sawir-qaadista mugdiga/iftiinka ee loo isticmaalay daraasaddeenna ayaa muhiim u ah fahamka natiijooyinka la helay. Dhinacan waxaa si faahfaahsan loogu sharraxay Djemai-Zoglache et al. 85 Waxay si ula kac ah u isticmaaleen muddada sawir-qaadista 12/12 saacadood ah si ay u muujiyaan sunta bayoolojiga ee la xiriirta sunta bayoolojiga ee ay keento microalgae-ga cas ee Porphyridium purpureum. Waxay muujinayaan in muddada sawir-qaadista ay la xiriirto horumarka awoodda iyada oo aan lahayn sunta bayoolojiga, taasoo isu muujinaysa inay yihiin isbeddello pseudoperiodic ah qiyaastii 24:00. Indha-indheyntan waxaa xaqiijiyay Dowling et al. 86 Waxay muujiyeen filimaanta sawir-qaadista ee cyanobacteria Anabaena. Ogsajiinta milmaysa waxaa la sameeyaa iyadoo la adeegsanayo ficilka iftiinka, kaas oo lala xiriiriyo isbeddel ama isbeddel ku yimaada awoodda sunta bayoolojiga xorta ah. Muhiimadda muddada sawir-qaadista waxaa lagu xoojinayaa xaqiiqda ah in awoodda xorta ah ee sunta bayoolojigu ay korodho marxaladda iftiinka oo ay hoos u dhacdo marxaladda mugdiga ah. Tani waxay sabab u tahay oksijiinta ay soo saarto microalgae-ka sawir-qaadashada, kaas oo saameeya falcelinta cathodic iyada oo loo marayo cadaadiska qayb ahaan ee ka soo baxa meel u dhow elektroodhada87.
Intaa waxaa dheer, Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR) ayaa la sameeyay si loo ogaado haddii wax isbeddel ah ay ka dhaceen halabuurka kiimikada ee unugyada microalgae ka dib markii ay la falgaleen Nb-MXenes. Natiijooyinkan la helay waa kuwo adag waxaanan ku soo bandhigaynaa SI (Jaantusyada S23-S25, oo ay ku jiraan natiijooyinka marxaladda MAX iyo MXenes ML). Marka la soo koobo, spectra tixraaca la helay ee microalgae waxay na siinayaan macluumaad muhiim ah oo ku saabsan astaamaha kiimikada ee noolahaan. Gariirradan ugu macquulsan waxay ku yaalliin inta jeer ee 1060 cm-1 (CO), 1540 cm-1, 1640 cm-1 (C=C), 1730 cm-1 (C=O), 2850 cm-1, 2920 cm-1. mid. 1 1 (C–H) iyo 3280 cm-1 (O–H). SL Nb-MXenes, waxaan helnay saxiix fidin CH-bond ah oo la jaan qaadaya daraasaddeenna hore38. Si kastaba ha ahaatee, waxaan aragnay in qaar ka mid ah meelaha ugu sarreeya ee la xiriira isku-xidhka C=C iyo CH ay baaba'een. Tani waxay muujinaysaa in halabuurka kiimikada ee algae-yada yaryar ay dhici karaan isbeddello yar yar sababtoo ah isdhexgalka SL Nb-MXenes.
Marka la tixgelinayo isbeddellada suurtagalka ah ee ku yimaada bayoolajiga ee algae-yada yaryar, ururinta oksaydhyada aan organic ahayn, sida niobium oxide, waa in dib loo eego59. Waxay ku lug leedahay qaadashada biraha dusha sare ee unugga, u qaadista cytoplasm-ka, xiriirka ay la leeyihiin kooxaha carboxyl-ka gudaha, iyo ururinta ay ku jiraan polyphosphosomes-ka yaryar ee algae-yada yaryar20,88,89,90. Intaa waxaa dheer, xiriirka ka dhexeeya algae-yada yaryar iyo biraha waxaa ilaaliya kooxo shaqeynaya oo unugyo ah. Sababtan awgeed, nuugista waxay sidoo kale ku xiran tahay kiimikada dusha sare ee algae-yada yaryar, taas oo aad u adag9,91. Guud ahaan, sida la filayo, halabuurka kiimikada ee algae-yada cagaaran ayaa si yar isu beddelay sababtoo ah nuugista Nb oxide.
Waxaa xiiso leh, joojinta bilowga ah ee la arkay ee microalgae-ka ayaa dib loo rogi karaa waqti ka dib. Sida aan aragnay, microalgae-yadu waxay ka gudbeen isbeddelkii deegaanka ee bilowga ahaa waxayna ugu dambeyntii ku soo laabteen heerarka koritaanka caadiga ah xitaa way kordheen. Daraasadaha ku saabsan awoodda zeta waxay muujinayaan xasillooni sare marka lagu daro warbaahinta nafaqada. Sidaa darteed, isdhexgalka dusha sare ee u dhexeeya unugyada microalgae iyo nanoflakes-ka Nb-MXene ayaa la ilaaliyay intii lagu jiray tijaabooyinka dhimista. Falanqaynteenna dheeraadka ah, waxaan soo koobaynaa hababka ugu muhiimsan ee ficilka ee salka ku haya dhaqankan cajiibka ah ee microalgae-yada.
Indha-indheynta SEM waxay muujisay in microalgae-yadu ay u janjeeraan inay ku dhegaan Nb-MXenes. Annagoo adeegsanayna falanqaynta sawirka firfircoon, waxaan xaqiijineynaa in saameyntani ay horseeddo isbeddelka laba-geesoodka ah ee Nb-MXene una beddelaan walxo wareegsan, taasoo muujineysa in kala-goynta nanoflakes-ka ay la xiriirto oksaydhkooda. Si aan u tijaabino mala-awaalkayaga, waxaan sameynay taxane daraasado maaddi ah iyo bayooloji. Ka dib markii aan tijaabinay, nanoflakes-ku si tartiib tartiib ah ayay u oksaydheeyeen oo u jajabeen alaabada NbO iyo Nb2O5, taas oo aan khatar ku ahayn microalgae-yada cagaaran. Annagoo adeegsanayna indha-indheynta FTIR, ma aanan helin wax isbeddello muhiim ah oo ku yimid halabuurka kiimikada ee microalgae-yada lagu dhex daray joogitaanka nanoflakes-ka 2D Nb-MXene. Annagoo tixgelinayna suurtagalnimada nuugista niobium oxide ee microalgae, waxaan sameynay falanqayn shucaac X-ray ah. Natiijooyinkani waxay si cad u muujinayaan in microalgae-yada la bartay ay quudiyaan niobium oxides (NbO iyo Nb2O5), kuwaas oo aan sun u ahayn microalgae-yada la bartay.