Nanoestructuras de MgO dopadas con óxido de grafeno para una degradación del tinte y una acción bactericida altamente eficientes

Resumen

Se doparon varias concentraciones (proporciones de 0,01, 0,03 y 0,05 en peso) de nanohojas de óxido de grafeno (GO) en nanoestructuras de óxido de magnesio (MgO) utilizando la técnica de precipitación química. El objetivo fue estudiar el efecto de las concentraciones de dopante GO sobre el comportamiento catalítico y antibacteriano de una cantidad fija de MgO. La técnica XRD reveló la fase cúbica del MgO, mientras que su naturaleza cristalina se confirmó mediante perfiles SAED. Presencia de grupos funcionales y Mg-O (443 cm ⁻¹ ) en la región de huellas dactilares fue evidente con espectroscopía FTIR. Las propiedades ópticas se registraron mediante espectroscopía UV-visible con un corrimiento al rojo que apuntaba a una disminución de la energía de la banda prohibida de 5,0 a 4,8 eV tras el dopaje. El comportamiento de la recombinación de los agujeros de los electrones se examinó mediante espectroscopía de fotoluminiscencia (PL). Los espectros Raman mostraron una banda D (1338 cm ⁻¹ ) y banda G (1598 cm ⁻¹ ) evidente para el dopaje GO. La formación de nanoestructura con morfología cúbica y hexagonal se confirmó con TEM, mientras que el espaciado d promedio entre capas de 0,23 nm se evaluó utilizando HR-TEM. Se corroboró la existencia de dopantes y la evaluación de la constitución elemental Mg, O mediante la técnica EDS. La actividad catalítica contra ciprofloxacina azul de metilo (MBCF) se redujo significativamente (45%) para una mayor concentración de dopante GO (0.05), mientras que la actividad bactericida de MgO contra E. coli se mejoró significativamente (zona de inhibición de 4,85 mm) al doparse con una concentración más alta (0,05) de GO, debido a la formación de nanobarras.

Introducción

El agua es el componente más esencial para la supervivencia de los seres vivos. La industrialización a gran escala y el aumento del calentamiento global con el paso del tiempo están disminuyendo rápidamente el nivel del agua limpia. La superficie de la Tierra está cubierta con un 71% de agua, donde los ríos, lagos y agua dulce subterránea representan solo el 0.03% del agua total, que se considera útil para beber [1, 2]. El 2,5% del agua es digna de consumo, mientras que el resto del 97,5% es agua salada; por lo tanto, el suministro de agua dulce es escaso en relación con las altas demandas. Aproximadamente, 750 millones de habitantes de la tierra se enfrentan a una escasez de agua potable y un mayor número de microcontaminantes en el agua se han vuelto peligrosos para el ecosistema. El mundo se enfrenta a consecuencias catastróficas provocadas por la contaminación ambiental y del agua. Las industrias son la principal fuente de contaminación del agua debido a las aguas residuales vertidas inyectadas con compuestos nocivos y potencialmente tóxicos. Diferentes industrias como la textil, la impresión de papel y la industria alimentaria utilizan compuestos aromáticos que pueden disolverse fácilmente en el agua y causar contaminación del agua y riesgos para la salud [3]. La rápida industrialización y urbanización han causado una contaminación ambiental significativa a través de metales pesados que persisten en el medio ambiente. La exposición adversa a metales pesados en el medio ambiente es un grave peligro para los seres vivos [4]. Según la OMS, el límite máximo permitido de metales en el agua son, por ejemplo, hierro (0,1 mg / L), calcio (75 mg / L), magnesio (50 mg / L), cobre (1 mg / L) y plomo ( 0,05 mg / L). El perfil de toxicidad de los metales pesados informado por la USEPA incluye plomo (daño / fatal al cerebro), cadmio (daño renal) y cromo (problemas del tracto respiratorio) [5]. Los tintes tóxicos ponen en peligro la vida acuática al bloquear la luz solar necesaria para el crecimiento de los organismos vivos. Las especies acuáticas consumen estos tintes venenosos mientras que estas especies a su vez son consumidas por personas que dañan su salud [6].

Se han sugerido varios enfoques tradicionales para extraer colorantes de las aguas residuales, que incluyen evaporación [7], extracción con solvente [8], coagulación [9], intercambio iónico [10], separación por membranas [11], técnicas físicas, químicas y biológicas [12 ]. El principal problema es que estas técnicas de tratamiento convencionales son caras cuando alcanzan un nivel a gran escala. En vista de esto, los investigadores han desarrollado varios adsorbentes como zeolita, carbón activado, nanotubos de carbón, polímeros y materiales de grafeno. El método de adsorción se utiliza ampliamente en el tratamiento de aguas residuales para degradar los tintes reactivos [13,14,15,16,17]. Se propone un tratamiento de tintes adecuado, como la adsorción y la degradación catalítica, para la eliminación de tintes para mejorar la calidad de vida. La adsorción es rentable, pero la recuperación del catalizador sigue siendo un problema que puede producir materiales peligrosos. La degradación catalítica es ligeramente costosa; sin embargo, es relativamente simple y tiene la ventaja de ser reciclable [18]. Numerosos semiconductores de óxido (TiO ₂ , ZnO, MgO, Fe ₂ O ₃ y WO ₃ ) han sido ampliamente reportados como catalizadores para la degradación de colorantes orgánicos debido a su alta estabilidad química, naturaleza libre de tóxicos, alta actividad y costo beneficio.

Entre estos, se ha demostrado que el MgO no tóxico y rentable es eficaz en las áreas de adsorción, catálisis de agua contaminada, productos superconductores y materiales antibacterianos [19,20,21]. En los últimos años, se han fabricado con éxito diversas nanoestructuras de MgO, que contienen nanopartículas, nanoflores y nanoláminas [22]. Recientemente, el MgO con una gran banda prohibida de 7,8 eV ha revelado mucho interés debido a sus propiedades únicas:ópticas, electrónicas y magnéticas [23]. Es ampliamente reconocido que los defectos puntuales en los cristales, como las vacantes de oxígeno [ V _o (es decir, F ⁺ -tipo centro, F ⁺ centro, o F _c )] puede alterar la eficiencia del material en sólidos desnudos de MgO [24]. Además, el MgO tiene una densidad más baja en comparación con otros óxidos metálicos, incluidos el óxido cúprico, el óxido de zinc y el óxido de hierro [25]. El MgO es un óxido de metal alcalinotérreo con un pH alto de carga cero [26], área de superficie ∼250–300 m ² / g [27], y potencial zeta de aproximadamente - 29,89 mV [28]. La investigación ha encontrado que tanto el tamaño de partícula como el área de superficie específica son factores cruciales que afectan el desempeño de la adsorción. Por tanto, las propiedades superficiales de los productos resultantes se ven significativamente afectadas por la temperatura de calcinación durante la síntesis [29,30,31,32,33]. El MgO no tóxico posee aplicaciones orgánicas mejoradas como agente antibacteriano para el alivio de la acidez y la regeneración ósea en comparación con otros compuestos de Mg, según lo confirma la Administración de Drogas y Alimentos de los Estados Unidos (21CFR184.1431) [34,35,36].

En la última década, la hoja gruesa de óxido de grafeno (GO) a base de carbono se ha estudiado ampliamente para diferentes aplicaciones [37]. Los nanomateriales GO bidimensionales demuestran una enorme movilidad de electrones, una fuerte estabilidad química, una amplia superficie y una alta conductividad térmica [38, 39]. El derivado químico del grafeno es GO que posee una superficie de aproximadamente 736,6 m ² / g (teórico) [40] y valor de potencial zeta de - 113,77 mV [41] que contiene grupos epóxido, carboxílico e hidroxilo. Estos grupos funcionales dan como resultado una carga negativa y una hidrofilia y producen fácilmente una dispersión de GO en una solución acuosa para formar una suspensión estable [42, 43].

Además, varios estudios han examinado la degradación del tinte textil para el MgO, donde el MgO se preparó mediante descomposición térmica y se usó para la degradación del azul de metileno. El 90% de este tinte se degradó después de 180 min [44]. Además, el MgO se preparó mediante un método sol-gel con un tamaño de partícula de 15-25 nm, para la eliminación del 98,3% del tinte en las aguas residuales después de 300 min [45]. El propósito de este estudio es comprobar la influencia del dopante GO sobre el MgO, por lo que varios wt. las proporciones (0, 0,01, 0,03 y 0,05) de GO se doparon en MgO usando el método de precipitación química. Se estudiaron los efectos del dopante GO sobre diferentes características del MgO como composición estructural, morfológica y química en catálisis y acción antibacteriana. Por otro lado, la motivación detrás del uso de estos nanocompuestos es explorar el uso significativo de nanomateriales plasmónicos para mejorar la actividad antimicrobiana y catalítica de los óxidos metálicos.

Sección experimental

Materiales

Cloruro de magnesio (MgCl ₂ · 6H ₂ O, 99%), nitrato de sodio (NaNO ₃ , 98%) e hidróxido de sodio (NaOH, 98%) se obtuvieron de Sigma Aldrich. Polvo de grafito (99,5%), ácido sulfúrico (H ₂ SO ₄ ) y permanganato de potasio (KMnO ₄ , 99,5%) se adquirieron de Analar.

Síntesis de óxido de magnesio y óxido de grafeno

Siguiendo la estrategia de co-precipitación química húmeda, se preparó MgO dopado con GO. En la preparación de GO se utilizó el método Hummer modificado [46]. Para preparar MgO, cantidad deseada de MgCl ₂ · 6H ₂ Se agitaron O (0,5 M) en 50 ml de agua desionizada (agua desionizada) en una placa caliente. El pH de la solución agitada se mantuvo a 12 usando NaOH (0,1 M), que se agitó durante 4 ha 80ºC. La solución agitada se centrifugó a 3500 rpm durante 15 min posteriormente; Se recogió el sobrenadante y se secó a 120 ° C durante 24 h en el horno. El polvo recolectado se molió usando mortero y mano para lograr polvos finos de MgO sin dopar y con GO (0.01, 0.03 y 0.05). El diagrama esquemático de la preparación de MgO dopado con GO se muestra en la Fig. 1.

Diagrama esquemático del esquema de síntesis de nanoestructuras de MgO dopado con GO

Catálisis

La actividad catalítica de nanoestructuras de MgO dopadas con GO se probó contra 3 ml de MBCF (ciprofloxacina azul de metilo) mezclado en 400 μL de NaBH ₄ recién preparado. (agente reductor). NaOH y H ₂ SO ₄ (400 μL) se agregaron para obtener la naturaleza básica y ácida de la solución, respectivamente. Después de eso, se agregaron 400 μL de MgO dopado en una solución de base de agente reductor. Más tarde, el color azul del tinte preparado (MBCF) comenzó a desvanecerse, lo que indica la degradación del tinte de MBCF en Leuco-MBCF (incoloro). Las muestras recibidas de una solución tenue a varios intervalos se capturaron con un espectrofotómetro UV-Vis en un rango de 200 a 800 nm, como se muestra en la Fig. 2.

Representación esquemática de la actividad catalítica durante la degradación del tinte

Aislamiento e identificación de S. aureus y E. coli

Se recuperaron muestras de leche de oveja positiva para mastitis de muchas clínicas veterinarias y granjas en Punjab y se cultivaron en agar sangre de oveja (SBA) al 5%. Durante la noche a 37 ° C, se incubaron las muestras de cultivo. Los aislamientos bacterianos separados se purificaron sembrándolos en agar MacConkey y sal de manitol (MA y MSA) en tripletes manteniendo ~ pH 7, respectivamente. La validación de colonias estándar procedió con tinción de Gram y análisis bioquímico (es decir, pruebas de catalasa y coagulasa).

Actividad antibacteriana

El comportamiento antibacteriano del material sintetizado se evaluó mediante un ensayo de difusión de pocillos con hisopado de 0,5 McFarland de E. coli y S. aureus cepas bacterianas en MA y MSA, respectivamente. Se utilizó un perforador de corcho estéril para formar pocillos con un diámetro de 6 mm en las placas MA y MSA y se cargaron distintas concentraciones de MgO puro y dopado (0,5 y 1,0 mg / 0,5 ml) en cada pocillo como dosis mínima y máxima en comparación. con ciprofloxacina (0,005 mg / 0,5 ml) y agua desionizada (0,55 ml) como controles positivos y negativos, respectivamente, en condiciones asépticas. Después de una incubación durante la noche a 37 ° C, se logró la eficacia antimicrobiana calculando las áreas de inhibición en milímetros (mm) con el calibre Vernier.

Análisis estadístico

Se utilizó un análisis de variación unidireccional (ANOVA) con SPSS 20 para estimar la eficacia antimicrobiana en términos de puntuaciones de la zona de inhibición (mm).

Caracterización de materiales

Para identificar la estructura cristalina y las fases en los productos preparados, las muestras se evaluaron mediante un difractómetro de rayos X (modelo:PAN Analytical Xpert-PRO) utilizando radiación Cu-Kα ( λ =1.540 Å) y 2 θ valores de 10 ° a 85 °. El estudio de los grupos funcionales adjuntos se adquirió mediante FTIR (espectrómetro de Perkin Elmer) utilizado en 4000–400 cm ⁻¹ rango. Los espectros de absorción se registraron con espectrofotómetro UV-Vis (Genesys 10S) en el rango de 200-700 nm, mientras que utilizando un espectrofluorómetro (JASCO, FP-8300), se realizó espectroscopía de fotoluminiscencia (PL). Los espectros Raman se miden con un microscopio DXR Raman (Thermo Scientific) utilizando un láser basado en λ =532 nm (6 mV). La composición elemental se obtuvo mediante SEM-EDS utilizando el software INCA EDS, mientras que el espaciamiento d se visualizó con la ayuda de un microscopio electrónico de transmisión de alta resolución (HR-TEM modelo JEOL JEM 2100F).

Resultados y discusión

Se realizó una XRD de MgO y MgO dopado con GO para identificar la estructura cristalina, el tamaño y la composición de fase en la Fig. 3a. Picos observados en 2 θ ° =37 °, 43.10 °, 62.5 °, 74.7 ° y 78.8 ° estaban de acuerdo con los planos (111), (200), (220), (311) y (222) confirmando que el MgO tenía una estructura cúbica coincidente con (JCPDS 75-1525) [47]. Tras el dopaje, los picos de difracción eran idénticos apuntando hacia el pequeño contenido de dopante GO usado, que no era detectable. El tamaño medio de los cristalitos se calculó a partir de los picos de difracción utilizando la ecuación de Debye-Scherrer, que resultó ser de 13,28 nm. El espaciado d calculado (0,21 nm) se atribuyó a (200) plano reticular del MgO cúbico. Los patrones de difracción de electrones de área seleccionada (SAED) de las muestras indicaron la naturaleza cristalina del MgO (Fig. 3b-d). El punto brillante de los anillos concéntricos se relacionó bien con los planos XRD de MgO [48].

un Patrón XRD de MgO dopado con GO, a ′ Código de referencia de MgO, b Patrón SAED de (0:1), c GO (0.01:1, d (0.05:1), e Espectros FTIR

Para examinar los grupos funcionales adjuntos de MgO dopado, se operó FTIR en el número de onda de 4000 a 400 cm ⁻¹ rango como se ilustra en la Fig. 3e. Pico de transmitancia alrededor de 3699 cm ⁻¹ en MgO dopado se atribuyó a la vibración de estiramiento característica de los grupos hidroxilo (alcohol) obtenidos debido a la reacción entre la superficie de MgO y los vapores de agua en el aire [3]. Se observó la reducción de la intensidad máxima con la introducción de GO, que se atribuye a las láminas dopantes envueltas alrededor de MgO. La banda encontrada a 1450 cm ⁻¹ se relacionó con las vibraciones de estiramiento asimétrico de los iones de carbonato (C – O), mientras que los picos de vibración de flexión correspondientes se notaron en ~ 865 y ~ 867 cm ⁻¹ [48]. Sin embargo, se observó una disminución en la intensidad de las bandas antes mencionadas para la muestra de MgO dopado con GO [20]. Banda encontrada alrededor de 443 cm ⁻¹ mostrando la presencia de Mg-O caracterizada por vibración de estiramiento [49].

Se recogieron espectros de absorción de MgO sin dopante y dopado en un rango de 220 a 700 nm (Fig. 4a). La absorción de banda para el MgO que se encuentra en ~ 250 y ~ 320 nm se puede respaldar para las vacantes de oxígeno (F y F ₂ ²⁺ ) centros, respectivamente. En una excitación λ =250 nm, está involucrado el proceso de fotoionización del centro F, liderado por la ecuación F + hυ ↔ F + + e [23]. El pico de absorción de GO se encontró alrededor de 230 nm que se puede asignar a π - π * transiciones de C =C en el sistema de carbono amorfo [50], tras el aumento de la absorción del dopaje acompañado de un corrimiento al rojo. La brecha de banda disminuyó levemente (5.0–4.8 eV) al aumentar la cantidad de GO en una cantidad fija de MgO, como se muestra en la figura 4b. Este corrimiento al rojo sugiere efectos morfológicos en cristales que tienen numerosos sitios activos o puede ser un efecto de confinamiento cuántico [51].

un Espectros de absorción de diferentes muestras de MgO dopado con GO, aʹ Espectros de absorción ampliados de GO-MgO, b Parcela Tauc, c Espectros PL y d Espectros Raman de nanoestructuras GO-MgO

La Figura 4c revela los espectros de emisión PL de MgO dopado medido en un rango de 377 a 500 nm con un excitante λ de 350 nm. Para determinar la eficiencia de recombinación de los portadores de carga (migración) y la eficacia de la captura, se utilizó PL. El pico de emisión de PL a 414 nm es el resultado de la transición de banda defectuosa debido a los niveles de energía producidos con varias vacantes de aniones de tipo F (vacancia de iones de oxígeno) [52]. La emisión PL de GO suele atribuirse a la recombinación de huecos de electrones de estados electrónicos confinados adyacentes a la banda de cenefa de amplio rango (VB) y la parte inferior de la banda de conducción (CB). En la estructura atómica, la emisión se genera principalmente a partir de transiciones electrónicas entre la región del carbono no oxidado (–C =C–) y el borde de la región del átomo de carbono oxidado (C – O, C =O y O =C – OH) [53]. Los picos de GO-MgO revelaron un desplazamiento hacia el azul y exhibieron una baja intensidad, lo que indicó una tasa reducida de recombinación que podría deberse a la transferencia de electrones desde un nivel de energía superior a nuevos estados generados.

La estructura de la superficie y el desorden de las muestras fabricadas se analizaron mediante espectroscopía Raman como se presenta en la Fig. 4d. El espectro de la muestra de control de Raman no mostró ningún pico característico en 100-1600 cm ⁻¹ región, lo que sugiere fonones bajos de intensidad de dispersión de MgO [54, 55]. En el caso de muestras dopadas, bandas ubicadas alrededor de 1338 cm ⁻¹ (Banda D) y 1598 cm ⁻¹ (Banda G) confirmó la presencia de GO en la muestra [56]. La banda D está asignada al defecto en sp ³ átomos de carbono (C) y la banda G surge de E _2g Dispersión de fonones (dispersión de primer orden) de sp ² Átomos de C. El aumento de la intensidad de los picos D y G se obtiene con una mayor concentración de dopaje. Además, la relación de intensidad ( I _D / Yo _G ) de las bandas D y G indicaron un grado de trastorno de sp ² Dominios C [46].

Para confirmar la estructura cristalina y la morfología del MgO dopado, se empleó HR-TEM (Fig. 5). La imagen HRTEM (5a) de una muestra libre de dopantes tiene una nanoestructura aglomerada en forma de hexágono. Con la incorporación de GO, la morfología hexagonal de la nanoestructura se fusionó con nanohojas de GO y se observó la formación de una estructura tipo varilla en presencia de hexágonos. La agregación aumentó al aumentar la cantidad de dopante en MgO donde se encontraron varillas y morfología hexagonal de nanoestructuras. Es de destacar que el diámetro de la nanoestructura hexagonal disminuyó con una mayor concentración de GO, lo que confirma la interacción entre MgO y GO.

un - d Imágenes HR-TEM de varias concentraciones de MgO dopado con GO (0, 0.01, 0.03 y 0.05), respectivamente

El espaciado d entre capas se midió con imágenes HR-TEM utilizando el software Gatan como se ilustra en la Fig. 6a-d. Los valores de espaciamiento d para varias concentraciones (0:1, 0.01:1, 0.03:1 y 0.05:1) de MgO dopado con GO se calcularon como 0.250, 0.240, 0.20 y 0.24 nm, respectivamente, asignados al plano (200) de MgO (Fig. 6a-d) sincronizado con los resultados de XRD. Además, el cambio en los valores de espaciado d se ha asignado al dopaje de GO en celosías de MgO.

espaciado d calculado usando imágenes HR-TEM de GO-MgO ( a - d ) con contenido GO (0, 0.01, 0.03, 0.05)

El análisis SEM-EDS reveló la información detallada sobre la superficie de la muestra con respecto a su composición elemental. Los espectros EDS de MgO y varias relaciones (0.01:1, 0.03:1 y 0.05:1) de GO en MgO se expresan en la Fig. 7a – d, respectivamente. La presencia de magnesio (Mg) y oxígeno (O) detectados en la Fig. 7a son una confirmación de la formación de MgO. El pico de carbono (C) se atribuyó a las nanohojas de GO, mientras que el pico elemental de Na en las muestras se observó debido al uso de NaOH durante el proceso de síntesis para mantener el pH.

Análisis SEM-EDS de MgO dopado con GO ( a - d ) con contenido GO (0, 0.01, 0.03 y 0.05), respectivamente

Para probar la actividad catalítica del MgO dopado con GO, se utilizaron los espectros de absorción UV-Vis obtenidos tras la degradación de la muestra de referencia (MBCF). Reducción de la capacidad de NaBH ₄ con MBCF no se vio afectado significativamente después de 200 min, como se demuestra en la Fig. 8a-d. En condición neutra, solución de MBCF (3 ml) agregada a 400 μL de NaBH ₄ y las muestras de 3 ml en 180–160 min mostraron una reducción limitada (4.8% de degradación) para las muestras sin dopar y dopadas. Además, en la actividad básica para las muestras (0:1, 0.01:1, 0.03:1, 0.05:1) resultó 11, 3.5, 12, 26% de degradación en 3 min, respectivamente (Fig. 8a – d). La función catalítica más alta se obtuvo en una solución ácida con una concentración más alta (0.05) de GO en nanoestructuras de MgO que muestran una degradación del 45% en 1 min, como se muestra en la Fig. 8d.

un - d Catálisis de MBCF en blanco y MgO dopado con GO en diferentes medios colorantes [neutro (N), básico (B) y ácido (A)], respectivamente

Durante la catálisis, reducción de MBCF en presencia de NaBH ₄ , los materiales sintetizados actúan como relé de electrones, de modo que la transferencia de electrones desde BH ₄ ^- iones (donante) a MBCF (aceptor) da como resultado la reducción del tinte [57]. Abundantes sitios activos de nanoestructuras mejoraron la adsorción de BH ₄ ^- iones y moléculas de tinte para reaccionar entre sí. El pH de la solución también afecta el desempeño de la degradación. Para medio ácido (H ₂ SO ₄ ), actividad catalítica mejorada que se atribuye a una mayor generación de H ⁺ iones ofrecidos para ser adsorbidos en la superficie de la nanoestructura. Tras la adición de NaOH para el medio básico, el número de grupos hidroxilo aumenta, lo que conduce a la oxidación de productos reducidos y disminuye la actividad catalítica. Los resultados mostraron que la degradación del tinte por nanoestructuras en medio ácido fue mucho mayor en comparación con la condición básica.

La eficacia antibacteriana in vitro del MgO puro y dopado con GO se realizó contra los aislados G -ve y + ve mediante un ensayo de difusión de pocillos (Tabla 1). Los resultados mostraron una acción microbicida mejorada y sinergismo de GO-MgO para E. coli en comparación con S. aureus , consulte la Tabla 1. Significativo ( p <0,05) las áreas de inhibición se registraron como (1,55 a 4,75 mm) y (2,10 a 4,85 mm) para E. coli a la dosis mínima y máxima, respectivamente, y (1,30–4,00 mm) para S. aureus en dosis altas. Todas las concentraciones mostraron una eficacia antibacteriana cero para S. aureus a dosis bajas. La comparación de los resultados procedió con agua DI de control -ve (0 mm) y ciprofloxacina de control + ve (7,15 mm) y áreas de inhibición (11,25 mm) para E. coli y S. aureus , respectivamente.

En general, las nanoestructuras dopadas revelaron una actividad bactericida cero hacia G + ve en dosis bajas, mientras que la efectividad hacia G -ve fue sustancial ( p <0.05) en relación con G + ve en contenido dopado.

Las tensiones oxidativas de las nanoestructuras diseñadas dependen de diversos factores, como la forma, el tamaño y la concentración de las nanopartículas, que desempeñan un papel importante en la acción antibacteriana [58]. Los materiales nanométricos pequeños producen de manera eficiente especies reactivas de oxígeno (ROS) que causan daños en la membrana celular de las bacterias y la extrusión del citoplasma, lo que resulta en el estallido de bacterias, ver Fig. 9 [59]. En segundo lugar, la interferencia catiónica significativa de nanomateriales con fragmentos negativos de la membrana celular bacteriana da como resultado el colapso. Actividad antibacteriana de nanopartículas de MgO mejorada contra E. coli, que se debió a la generación de una gran cantidad de O ₂ ^- y puede ser peroxidación lipídica y ROS [60]. En la muestra de dopante, la actividad antibacteriana aumentó debido al aumento de la concentración de GO.

Mecanismo propuesto de actividad bactericida Nanoestructuras de GO-MgO

Muestras	Control de la brecha de banda de la muestra (eV)	Disminución de la banda prohibida (eV)	Referencias
ZnO dopado con GO	3.6	2.9	[61]
GO dopado con ag	4.10	3,50	[2]
ZnO dopado con GO	3.10	2.98	[62]
MgO dopado con GO	5.0	4.8	Presentar estudio

Conclusión

En el presente trabajo, se sintetizaron con éxito nanoestructuras de MgO dopado con GO mediante la ruta de precipitación química. La estructura cúbica del MgO se observó mediante la técnica XRD y se confirmó con HRTEM. Enlace molecular de Mg-O con varios grupos funcionales y picos característicos de transmitancia de MgO alrededor de 443 cm ⁻¹ en la región de huellas dactilares se registraron usando FTIR. La absorción aumentó con el dopaje, lo que introdujo un corrimiento al rojo en concentraciones más altas de GO. El intervalo de banda calculado utilizando el gráfico de Tauc de los espectros de absorción de MgO dopado que se encontró que era de 4,8 eV (alta concentración) en comparación con el MgO (5,0 eV) se atribuyó al desplazamiento al rojo en la absorción tras el dopaje. Se observó morfología cúbica y hexagonal de nanoestructuras en MgO y se observó crecimiento de estructuras en forma de varilla tras el dopaje con una disminución del diámetro de los hexágonos en HR-TEM. Además, el espaciado d promedio (0,23 nm) de HRTEM con el software Gatan se adapta bien a XRD. El análisis de EDS reveló una composición elemental que mostró confirmación de Mg, O con dopaje GO. Con la incorporación de GO, la intensidad de PL disminuyó de 414 nm acompañada de un desplazamiento hacia el azul que indica una baja tasa de recombinación de excitones. La presencia de bandas D y G (a 1338, 1598 cm ⁻¹ , respectivamente) asociado con sp ³ y sp ² El átomo de C se verificó con Raman. Se evaluó la actividad catalítica y se alcanzó la máxima degradación del colorante de aproximadamente el 45% en condiciones ácidas con 0,05 GO-MgO. Además, los resultados experimentales mostraron una mayor eficacia bactericida de GO-MgO contra G –ve ( E. coli ) en relación con G + ve ( S. aureus ). Además, el sinergismo de GO-MgO mostró una mayor eficacia bactericida contra G –ve ( E. coli ) en comparación con G + ve ( S. aureus ). Este estudio exploró las propiedades dependientes de dopantes de los nanocompuestos de MgO que pueden emplearse para limpiar agua industrial contaminada y en aplicaciones antimicrobianas para la remediación ambiental.

Disponibilidad de datos y materiales

Todos los datos están completamente disponibles sin restricciones.

Abreviaturas

EDS:: Espectroscopia de rayos X de dispersión de energía
FTIR:: Espectroscopía infrarroja por transformada de Fourier
FESEM:: Microscopía electrónica de barrido por emisión de campo
G + ve:: Gram-positivos
G –ve:: Gram negativo
GO:: Grafeno
HR-TEM:: Microscopía electrónica de transmisión de alta resolución
JCPDS:: Comité conjunto sobre estándares de difracción de polvo
MgO:: Óxido de magnesio
UV – Vis:: Espectroscopía ultravioleta visible
XRD:: Difracción de rayos X

Preparación de nanoplacas de oro utilizando compuestos ortocarbonilo como agentes de protección para la detección electroquímica de iones de plomo El diseño de la capa conductora AZO en placa de microcanal

Nanomateriales

Materiales poliméricos

Biologicos

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