Impacto del bi-dopaje en nanohojas de nitruro de boro en las propiedades electrónicas y ópticas mediante el uso de experimentos y cálculos teóricos

Resultados y discusión

Estructura y propiedades electrónicas

Se empleó XRD para investigar la identificación de fase, cristalinidad y planos cristalográficos de control y nanohojas BN bi-dopadas como se ilustra en la Fig. 2a. Las reflexiones XRD identificadas en 2θ valores de ~ 26,9 °, 41,3 °, 43,46 ° y 50,2 ° se indexaron respectivamente como planos cristalográficos (002), (100), (101) y (102). Los planos cristalográficos detectados armonizaron bien con el espectro estándar (referencia JCPDS # 00-034-0421) [54, 55]. La nitidez y la intensidad máxima sugieren la formación de capas delgadas de BN y un apilamiento débil de NS en la dirección c preferida [46]. Se detectó un cambio de pico con respecto al ángulo de difracción en las reflexiones XRD, lo que sugiere la incorporación de dopante. Espaciado entre capas ( d -valor) de característica ( d ₀₀₂ ) se encontró una reflexión de ~ 0.34 nm evaluada a través de la ley de Bragg \ ((n \ lambda =2d \ mathrm {sin} \ theta) \) y se correlaciona bien con los resultados de HR-TEM (consulte el archivo adicional 1:Fig. S4). Este valor d del plano correspondiente se caracteriza por características importantes relacionadas con las propiedades de adsorción y el transporte molecular de BN que sirve para mejorar su rendimiento catalítico [56]. Los perfiles SAED correspondientes de BN desnudo representados en la Fig. 2b consisten en anillos circulares brillantes que indican una alta cristalinidad de la muestra. Estos anillos detectados concuerdan bien con los patrones de XRD y los datos estándar [26, 57, 58]. La morfología de la superficie del material sintetizado se exploró utilizando FESEM y se confirmó mediante análisis HR-TEM. El espaciado entre capas se evaluó con el software de micrografía digital Gatan utilizando imágenes HR-TEM, que se encontró que era consistente con los resultados de XRD. La pureza del producto preparado se determinó mediante el análisis de la composición elemental mediante espectroscopia EDS como se ilustra en el archivo adicional 1:Figs. S5 y S6.

un Patrones de XRD de nanohojas de BN huésped y bi-dopadas con diversas concentraciones (2,5, 5, 7,5 y 10% en peso); b Patrón SAED obtenido de nanohojas BN; c Espectros FTIR; d Espectros PL

Se empleó FTIR para investigar huellas dactilares de infrarrojos del anfitrión y nanohojas BN bi-dopadas como se muestra en la Fig. 2c. Los espectros obtenidos muestran dos picos característicos que se originan en BN a 750 y 1365 cm ⁻¹ se puede atribuir a B – N – B (vibraciones de flexión) así como a B – N (vibración de estiramiento). Estos picos centrales están relacionados con A _2u modo (fuera del plano) así como E _1u modo (en el plano) [56, 59]. Como se mencionó A _2u El modo es un modo fuera del plano que corresponde a la energía de 96,4 meV, mientras que el E _1u corresponde a modos en el plano que se dividen aún más en dos modos, el primero es el modo óptico longitudinal de E _1u ^HASTA y en segundo lugar óptico transversal E _1u ^LO con energías de 169,4 y 199,6 meV respectivamente, debido a las interacciones de Coulomb de largo alcance como señalan Michel y Verberck [60]. En su trabajo, compararon dos relaciones de dispersión de fonones que se calcularon sin y con la fuerza de Coulomb de largo alcance, respectivamente. El cambio entre los dos cálculos corresponde a la división LO-TO. Debido a la interacción de Coulomb, que rompe el campo de simetría en BN, lo que lleva a dividir los fonones ópticos longitudinales y transversales [61]. En la figura 2c se muestra una ilustración esquemática de estos modos. Se detectó un pico adicional a 1170 cm ⁻¹ se asocia con la vibración de estiramiento del oxinitruro de boro (N – B – O). Banda ancha a 3433 cm ⁻¹ corresponde a la vibración de estiramiento O – H [62].

Se usó espectroscopía PL para confirmar la migración, transferencia y recombinación de excitones en muestras como se muestra en la Fig. 2d. Los espectros extraídos se marcaron con la longitud de onda de excitación, es decir, λ _ex =390 nm y la correspondiente longitud de onda de emisión λ _em =420 nm. Dado que los materiales a nanoescala son relativamente sensibles a la longitud de onda de excitación, los espectros de emisión se basan en el valor de λ _ex [59]. Los espectros PL de nanoláminas BN no dopadas y bi-dopadas mostraban picos asimétricos ubicados a ~ 420 nm en adelante. Estos picos asimétricos detectados en los espectros PL sugieren la existencia de especies luminiscentes y / o multifluoróforos. Los estudios bibliográficos sugieren que la presencia de especies como el boro-oxígeno se considera como nuevos centros de luminiscencia en el sistema BN [63]. Los fundamentos de luminiscencia alrededor de 460 nm representan el comienzo de la transición electrónica. Esta transición electrónica implica una transición individual / mutua entre estados 2p de bandas BN [64]. Excitación de un electrón (e ^- ) de la cenefa a la banda de conducción sirve para mejorar la intensidad de la luminiscencia y la energía de la luz de excitación. Esta transición a 460 nm corresponde a un pico de energía a ~ 2,7 eV [65]. Vale la pena mencionar que las muestras se prepararon a través de la misma cantidad, tasas de crecimiento, así como duraciones, etc., pero la cierta diferencia en las intensidades de todas las muestras para los espectros PL puede atribuirse a menos dominios de h-BN por unidad de área que están tomando parte en luminiscencia [66]. La recombinación máxima y las separaciones de excitones corresponden a los picos intensos más altos y más bajos en los espectros PL respectivamente [67].

Las propiedades ópticas de las nanoláminas BN del anfitrión y BN bi-dopadas se determinaron mediante espectros de absorción obtenidos mediante espectroscopía UV-Vis. Se observó la aparición de absorción en la región UV cercana como se ilustra en la Fig. 3a. La absorción máxima para nanohojas de BN puro se detectó alrededor de 200 nm, lo que se conoce como región UV cercana que corresponde a la energía de banda prohibida de ~ 5,85 eV. Con la incorporación de Bi, el borde de máxima absorción se mueve hacia una mayor longitud de onda que indica el corrimiento al rojo en los espectros ópticos que hace que se reduzca la energía de la banda prohibida. La energía de la banda prohibida se estimó utilizando la ecuación de Tauc que se representa en la ecuación. 1. El gráfico de Tauc como se muestra en la Fig. 3b representa que la energía de banda prohibida se reduce hasta 4,65 eV. Además de estos, no se detectó absorción adicional hacia un nivel de energía más bajo o más alto para muestras puras, 2.5 y 5% Bi-dopadas, lo que sugiere la existencia de densos defectos estructurales. Mientras que para las muestras bi-dopadas al 7,5 y al 10% se observa una absorción muy pequeña alrededor de 330 que también se verifica y explica en el análisis de espectros de absorción óptica simulada (ver Fig. 6) [62, 68, 69]. Según la bibliografía, la BN a granel exhibe una energía de banda prohibida de 5,2 a 5,4 eV, mientras que las nanohojas bi / multicapa poseen una energía de banda prohibida de 5,56 a 5,92 eV [26]. Estas observaciones sugieren que las nanohojas BN preparadas poseen una configuración bi / multicapa. La energía de banda prohibida de todas las muestras mostradas en la Fig. 3b y estimada mediante Tauc Eq. (1) se expresa de la siguiente manera:

En la ecuación anterior, α indica un coeficiente de absorción que es igual a \ (\ alpha =\ mathrm {log} (T / d) \) donde T es transmisión y d es la longitud del camino. Además, el valor del exponente ( n ) está asociado con la naturaleza electrónica de E _g y corresponde a transiciones directas permitidas (1/2), transiciones indirectas permitidas (2), transiciones directas prohibidas (3/2) y transiciones indirectas prohibidas (3), respectivamente. Sin embargo, los datos de transición permiten un mejor ajuste lineal en el área del borde de la banda si n =1/2. E _g se mide de forma característica mediante la evaluación de ( αhν ) ^{1 / n} vs gráficos hν. Tendencia lineal adquirida a partir de la ecuación. 1 se modela como la tangente de la parcela cerca del punto de la región de pendiente máxima. Aquí, hν es igual a la energía del fotón ( E ), K es el índice de absorción y E _g es la energía de la banda prohibida (eV) [26].

un Espectros UV-Vis del anfitrión y nanoplacas BN bi-dopadas; b análisis de energía de banda prohibida utilizando el diagrama de Tauc

Estos hallazgos experimentales están respaldados por los primeros cálculos de DFT basados ​​en principios. El modelo de monocapas BN no dopadas y bidopadas se construye utilizando el método de supercélula con condiciones de contorno periódicas. Se utilizó una supercélula de 7 × 7 para la monocapa BN prístina y bi-dopada para asegurar una interacción mínima de Bi con sus imágenes vecinas. Se utilizó una capa de vacío de 15 Å a lo largo de la dirección perpendicular al plano de la monocapa. Las concentraciones de dopante de 2,04%, 4,08% y 6,1% se han modelado mediante la sustitución de uno, dos y tres átomos de Bi en la supercélula monocapa BN en los sitios B, como se muestra en el archivo adicional 1:Fig. S6. Para examinar la estabilidad del dopante Bi con diferentes concentraciones, estimamos las energías de enlace utilizando las siguientes ecuaciones [70, 71]:

por lo que, E _supercélula , E _{V ,} y E _TM se refieren a la energía total del BN dopado, el material huésped con cationes vacantes y el átomo metálico aislado. Se encuentra que el valor de E _b para diferentes concentraciones de dopante cambia fuertemente de -4.0 a -7.71 eV.

Para explorar el impacto de los bi dopantes en el cambio de las estructuras electrónicas y el comportamiento óptico, calculamos las estructuras de bandas electrónicas y la densidad de estados (DOS) al incluir la contribución de SOC de la monocapa de BN bi-dopada con diferentes concentraciones, así como BN prístina. monocapa para comparación, como se muestra en las Figs. 5 y 6. Puede verse que la BN prístina tiene una energía de banda prohibida directa de magnitud 4,69 eV en el punto K, como se muestra en la Fig. 4a, que es más consistente con el valor experimental medido (5,85 eV). Además, nuestro valor de energía de banda prohibida calculado está en excelente acuerdo con trabajos teóricos previos [72, 73]. Este valor de energía de banda prohibida indica que la monocapa BN es un aislante. De acuerdo con los gráficos de los DOS del prístino de la Fig. 5a, el máximo de la banda de valencia se presenta principalmente por el N 2p estados mientras que el mínimo de la banda de conducción está controlado principalmente por B 2p desocupado estados. Cuando se introduce un dopante Bi con un nivel de dopaje de 2.04%, se forman dos nuevos estados de brecha localizados alrededor del nivel de Fermi, como se muestra en la Fig. 4b, en los que la banda inferior está ocupada mientras que la banda superior está desocupada. Por lo tanto, el máximo de la banda de valencia se ha desplazado hacia abajo en la banda de valencia, reduciendo la energía de la banda prohibida. Además, la característica principal del máximo de la banda de valencia y del mínimo de la banda de conducción es similar a la de la monocapa BN pura. La aparición de bandas de impurezas divide la energía de la banda prohibida en tres regiones de subregiones de energía que tienen anchos de 3,39, 1,83 y 0,643 eV. El análisis parcial de DOSs (ver Fig.5b) revela que los estados de brecha ocupada se construyen principalmente a partir de Bi 6s estados mezclados con N 2 p estados, mientras que los estados de brecha desocupados se deben principalmente a Bi 6p estados con una pequeña contribución de N 2p estados. En el caso de dos átomos de Bi que se dopan en una monocapa BN, la estructura de la banda presenta un desplazamiento relativamente mayor hacia abajo de la banda de conducción. Se observa que el número de bandas dopantes aumenta, lo que provoca una mayor reducción de la energía de la banda prohibida. El resultado es que la monocapa BN bi-dopada presenta los caracteres típicos de los semiconductores de tipo n. De la Fig. 4c se deduce que se han introducido cuatro estados de brecha alrededor del nivel de Fermi. Los dos niveles más bajos de dopantes están ocupados y ubicados alrededor de 0,57 y 0,21 eV por debajo del nivel de Fermi. Los otros estados de dos brechas están desocupados y situados a 0.40 y 0.80 eV por encima del nivel de Fermi. Sin embargo, el PDOS en la Fig. 5c muestra una gran parte de la hibridación entre Bi 6s y N 2p estados para dos picos pequeños y una gran contribución de Bi 6p estados con una pequeña contribución de N 2p estados para dos picos altos. Con el aumento de la concentración de dopaje de Bi al 6,1%, se observa que se han introducido más estados de impureza alrededor del nivel de Fermi con la reducción de la brecha de prohibiciones, como se muestra en la Fig. 4d. Las bandas de impurezas con estados de brecha de energía más bajos ocurren a 0.36 eV mientras que las bandas de impurezas con estados de brecha de energía más altos se ubican a 0.61 eV por encima del nivel de Fermi. A partir de la gráfica de DOS parcial (ver Fig.5d), se puede percibir para el dopaje Bi en BN a una concentración de 6.1% que la característica principal de las bandas de impurezas por debajo y por encima del nivel de Fermi es similar a la del BN bi-dopado. con x =4.08% con algo de superposición entre las bandas de impurezas por debajo y por encima del nivel de Fermi.

La estructura de banda electrónica calculada de a monocapas prístinas de BN y bi-dopadas con concentraciones b 2,04%, c 4.08% y d 6,1%

DOS total calculado y proyectado de a monocapas de BN prístinas y BN bi-dopadas con concentraciones, b 2,04%, c 4,08% yd) 6,1%

Los coeficientes de absorción de monocapas de BN prístinas y bi-dopadas se calculan y grafican en la Fig. 6. Se puede observar un corrimiento al rojo del borde de absorción con el aumento de la concentración de dopaje Bi. En la concentración de dopante Bi del 2,04%, el borde de absorción muestra un corrimiento al rojo de aproximadamente 10 nm en comparación con el de la monocapa de BN prístina. Este pequeño corrimiento al rojo puede aparecer por la leve disminución de la energía de banda prohibida y está bastante de acuerdo con el corrimiento al rojo de la medición experimental de 20 nm para el dopaje Bi en la nanoplaca BN. Cuando la concentración de incorporación de Bi aumenta a 4.08% y 6.10%, el borde de absorción principal tiene un corrimiento al rojo mayor de aproximadamente 22 nm y 40 nm en comparación con el de la monocapa BN sin dopar. Esto también ha resultado del estrechamiento de la energía de la banda prohibida, lo que lleva a reproducir la observación experimental (ver Fig. 3a). Se puede observar que ha aparecido otro pico de absorción muy pequeño alrededor de 330 nm con el aumento de la concentración de incorporación de Bi. Además, desplaza al rojo el borde de absorción de la monocapa BN bi-dopada a un valor de longitud de onda de 345 nm (o energía de 3,60 eV), lo que significa una mejora de la capacidad catalítica.

Los espectros de absorción óptica simulados de monocapas BN puras y bidopadas

Actividad catalítica

Los resultados de los experimentos para evaluar el rendimiento de la actividad catalítica del material sintetizado se representan utilizando espectros UV-Vis dependientes del tiempo. It was observed that incorporation of reductant into an aqueous solution of dye was unable to degrade it as only ~ 7% of dye reduction was achieved. Addition of Bi-doped into BN nanosheets (nanocatalyst), percentage degradation is effectively enhanced. Pure BN nanosheets display 45% dye reduction in 35 min while BN doped with various concentrations (2.5, 5, 7.5, and 10 wt%) of Bi exhibit enhanced dye reduction with rapid progress.

In general, catalyst lowers the activation energy of a reaction which in turn causes to accelerate its stability and rate of reaction. MB is primarily a synthetic dye that is exploited into water during various industrial processes. MB can be reduced in the presence of reductant however the reduction process is relatively slow in the presence of only NaBH₄ . Host BN nanosheets exhibit large specific surface area causes to increase adsorption rate. Furthermore, a layer of reductant dispersed over nanocatalysts may also accelerate adsorption due to the redox reaction between catalyst and MB. Reduction reaction by a catalyst occurs by transferring an electron from donor species BH₄₋ (from NaBH₄ ) to acceptor species MB facilitated by pure and Bi-doped BN nanosheets. This resulted to reduce activation energy which serves to stabilize and accelerate rate of the reaction [26, 74]. The mechanism of catalytic activity has been represented in Additional file 1:Fig. S7b. Dye degradation of various doped concentrations (2.5, 5, 7.5 and 10 wt%) was 61, 67, 85 and 94% in 24, 17, 11 and 7 min, respectively as illustrated in Fig. 7. The comparison of present experiment with literature is represented in Table 1.

un Plots of C _t / C _o versus time for all catalysts; b comparison of degradation percentage over various concentrations, c comparison of stability for 7.5 and 10 wt% Bi-doped catalyst; d plot of C _t / C _o versus time for reusability of 10 wt% Bi-doped BN catalyst

Increase in the efficiency of catalytic activity is due to an increase in Bi concentration. As degradation percentage directly corresponds to the transfer of electrons from reducing agent towards MB which is facilitated by nanocatalyst. Bi-doped BN nanosheets cause to boost up the reaction rate by lowering its activation energy that in turn causes to facilitate transfer of electron more rapidly towards MB. Plot of C _t / C _o as a function of time represents dye reduction of all samples as illustrated in Fig. 7a where C _t represents concentration of MB at any given time while C _o corresponds to initial concentration. Figure 9b exhibits degradation percentage of catalysts which was estimated through Eq. 3.

Various factors that influence catalytic activity and affect the performance of catalysts are discussed below.

pH Value

In catalysis (catalytic activity), rate of reaction has a strong correlation with pH value. In general, an extremely low or high value of pH cannot contribute to dye degradation. Literature studies of catalytic activity using reducing agents demonstrate that rate of reaction at basic conditions is most favorable for maximum degradation. In the present study, the pH value at which the maximum degradation was attained was 8.4, which favorably correlates with literature cited. Further, materials such as BN nanosheets controls surface charge and dominate the possible electrostatic interaction between pollutant and material. Therefore, pH value of solution has direct linkage with removal process of pollutants by means of controlling the possible electrostatic interaction between the pollutant and adsorbent [74, 75].

Stability

The stability of catalyst was investigated in the present study by allowing performed experiment to stay for at least three days in order to examine whether the reduction of dye as performed in the presence of nanocatalyst is stable or not. In this regard degraded dye was kept in dark and after every 24 h, degradation was inspected with the help of absorption spectra acquired through UV–Vis spectrophotometer, as illustrated in Fig. 7c. Obtained results indicate that no loss of degradation occurred in stay condition for 72 h. Degradation was observed to be in its fairly original form which affirms the stability of catalyst.

Reusability

Reusability of catalyst refers to recycling ability of catalyst that permits its use more than once. Typically, catalysts with the most number of reusable cycles are considered the most efficient catalyst. In the current experiment, reusability was probed by recycling 10 wt% catalyst up to three cycles. The obtained results are presented in Fig. 7d, which indicates Bi-doped BN catalyst can be utilized as an effective reusable catalyst.

Load of Catalyst

Lastly, load of catalyst before the experiment and after three times of recycling was found. Load of catalyst before performing activity was 4 mg, after three times recycling it was measured as 3.7 mg, considering 5% sensing/detecting deviation. The results indicated that Bi-doped BN acts as the most stable, reusable, and the most efficient dye degrading catalyst. Furthermore, a load of catalyst after three days stability test was also performed that indicate almost same result (3.6 mg) as performed after recycling process.

Bactericidal Activity

In-vitro bactericidal activity of BN, Bi₂ O _3, and Bi-doped BN nanosheets for Gram + ve and Gram –ve bacteria are shown with graphical presentations in Figs. 8 and 9 (a–n). The findings indicate superior bactericidal action with synergism of Bi-doped BN nanosheets against E. coli compared with S. aureus as shown in Figs. 8 and 9 (a–j). BN and Bi₂ O ₃ at low concentrations showed null efficiency against G + ve and –ve bacteria. At high concentrations, BN depicted (0.35 mm) and (0.45 mm) inhibition and similarly, Bi₂ O ₃ showed (0.55 mm) and (0.75 mm) zone of inhibition against G + ve and –ve bacteria respectively Figs. 8 and 9 (a, b, h–i). Significant (P  < 0.05 ) inhibition zones were detailed as (0–2.45 mm) and (3.15–4.35 mm) for S. aureus and (0–1.65 mm) and (2.15–3.65 mm) for E. coli at low and high doses, respectively Figs. 8 and 9 (c–f, j–m). The efficiency percentage (% age) raised from (0–33.8%) and (43.4–60%) against S. aureus and (0–38.8%) and (50.5–85.8%) against E. coli , respectivamente. Ciprofloxacin used as positive control reduced (7.25 mm) and (4.25 mm) G+ve and –ve growth, respectively in comparison with DIW (0 mm). Generally, 2.5 wt% doped BN nanosheets showed zero efficiencies against Gram + ve and –ve bacteria at low dose while, other doped nanosheets depicted significant (P  < 0.05 ) antibacterial activity against Gram –ve compared to Gram +ve as shown in Figs. 8 and 9 (c–f, j–m).

un - g In-vitro antimicrobial efficiency of BN (a ) Bi ₂ O ₃ ( b ) BN nanosheets doped with various concentrations (2.5, 5, 7.5 and 10 wt%) of Bi against S. aureus ( c - f ) graphical presentation (g )

h - n In-vitro antimicrobial efficiency of BN (h ) Bi ₂ O ₃ ( yo ) BN nanosheets doped with various concentrations (2.5, 5, 7.5 and 10 wt%) of Bi against E. coli (j –m ) graphical demonstration (n )

The oxidative stress fashioned by nanosheets depends upon its size, shape, and concentration. Antibacterial activity with inhibition zones (mm) raised with greater wt% doping of Bi on BN due to more cationic availability. Antibacterial activity depending on size and concentration exhibited inverse relation to doped NS size [2, 22, 80]. ROS generation is considered a major hazardous factor for the destruction of micropathogens [81]. Small-sized NS produce reactive oxygen species (ROS) that stay more real within bacteria membrane within implants ensuing extrusion of cytoplasmic contents and damaging bacterial DNA, proteins, and enzymes thus, killing bacteria as illustrated in Additional file 1:Fig. S7 (a) [80, 82]. Upon irradiation, NPs activate e ⁻ transfer from valence to conduction bands for reduction reactions by generating holes (h ⁺ ) which, ultimately transfer to valence band for oxidation [83, 84]. The reduction process generates O₂ ^- . by reaction of e ⁻ with O₂ [85]. The holes (h ⁺ ) via oxidation process generate OH through reaction with either e ⁻ from water (H₂ O) or hydroxyl ions (OH ⁻ ) [86]. The intense reactive oxygen radical species OH quickly reacts with micropathogens biomolecules i.e. proteins, carbohydrates, DNA, lipids and amino acids as shown in Additional file 1:Fig. S7 (a) [87]. Bismuth composites are famous for much effective antibacterial action coupled with low environmental toxicity [88]. Secondly, strong cationic interface of Bi ⁺³ with negatively charged bacterial cell membrane parts grades in increased antibacterial action at high concentrations prompting bacteria collapse [2].

Enzyme catalyzing key steps of various biochemical reactions needed for bacterial survival represents attractive targets for antibiotic discovery. Molecular docking studies to predict inhibition tendency of nanoparticles against selected enzyme targets are of utmost importance for new antibiotic discovery. The mechanism of enzyme inhibition is depicted in Additional file 1:Fig. S7 (c) showing blockage of enzyme active site that hinder substrate access and disrupt catalytic activity of given enzyme target causing bacterial death.

Although extensive literature is reported over biological potential of nanomaterials particularly, bactericidal activity still clear mechanism of their action is not known. Nanomaterials show their antibacterial activity either through cell wall rapturing or may target key enzymes of various pathways that are essential for bacterial survival (see Additional file 1:Fig. S7) [80, 89]. Identifying their target is of worth importance and may contribute towards discovery of new antibiotics with a novel mode of action [90]. Here, enzyme targets of two well-known antibiotics i.e. Rifampicin (Nucleic acid synthesis) and Trimethoprim (Folate biosynthetic pathway) [91] have been selected to evaluate binding tendency, binding interaction pattern, and inhibitory mechanism of Bi-doped BN nanosheets behind their antibacterial activity.

In case of DHFR from E.coli , the best-docked conformation showed H-bonding interaction with Ile14 (2.68 Å) and Ile94 (2.27 Å) alongside metal-contact interaction with Tyr100 having binding score as − 11.971 kcal/mol (Fig. 10a). Similarly, H-bonding interaction with Thr46 (2.19 Å) and metal-contact with Leu20 was observed in case of DHFR from S. aureus having binding score − 8.526 kcal/mol as shown in Fig. 10b.

Binding interaction pattern of Bi-doped BN nanosheets with active site residues of dihydrofolate reductase from a E. coli y b S. aureus

For DNA gyrase from E.coli , the best binding score observed was − 6.782 kcal/mol having H-bonding interaction with Asp73 (2.22 Å) as shown in Fig. 11a while in case of DNA gyrase from S. aureus H-bonding interaction were observed with Asp81 (2.12 Å and 2.68 Å) alongside metal contact interaction with Ile175 having binding score − 7.819 kcal/mol (Fig. 11b).

Binding interaction pattern of Bi-doped BN nanosheets with active site residues of DNA gyrase from (a) E. coli and (b) S. aureus