Nanostructures MgO dopées à l'oxyde de graphène pour une dégradation des colorants et une action bactéricide hautement efficaces

Introduction

L'eau est l'élément le plus essentiel pour la survie des êtres vivants. L'industrialisation à grande échelle et l'augmentation du réchauffement climatique avec le passage du temps font baisser rapidement le niveau d'eau potable. La surface de la Terre est recouverte de 71% d'eau où les rivières, les lacs et les eaux souterraines douces ne représentent que 0,03 % de l'eau totale, ce qui est jugé utile pour la consommation [1, 2]. 2,5% de l'eau est digne de consommation, tandis que le reste des 97,5% est de l'eau salée; par conséquent, l'approvisionnement en eau douce est insuffisant par rapport aux demandes élevées. Environ 750 millions d'habitants de la planète sont confrontés à une pénurie d'eau potable et un nombre croissant de micropolluants dans l'eau sont devenus dangereux pour l'écosystème. Le monde est confronté à des conséquences catastrophiques causées par la pollution de l'environnement et de l'eau. Les industries sont la principale source de pollution de l'eau en raison des rejets d'eaux usées injectées de composés nocifs et potentiellement toxiques. Différentes industries telles que le textile, l'impression du papier et l'industrie alimentaire utilisent des composés aromatiques qui peuvent facilement se dissoudre dans l'eau, provoquant une pollution de l'eau et des risques pour la santé [3]. L'industrialisation et l'urbanisation rapides ont causé une pollution environnementale importante par les métaux lourds qui sont persistants dans l'environnement. Une exposition défavorable aux métaux lourds dans l'environnement est un danger sérieux pour les êtres vivants [4]. Selon l'OMS, les limites maximales admissibles de métaux dans l'eau sont, par exemple, le fer (0,1 mg/L), le calcium (75 mg/L), le magnésium (50 mg/L), le cuivre (1 mg/L) et le plomb ( 0,05 mg/L). Le profil de toxicité des métaux lourds rapporté par l'USEPA comprend le plomb (dommages/mortels pour le cerveau), le cadmium (lésions aux reins) et le chrome (problèmes des voies respiratoires) [5]. Les colorants toxiques mettent en danger les vies aquatiques en bloquant la lumière du soleil qui est nécessaire à la croissance des organismes vivants. Les espèces aquatiques consomment ces colorants toxiques tandis que ces espèces sont à leur tour consommées par des personnes qui nuisent à leur santé [6].

Diverses approches traditionnelles pour extraire les colorants des eaux usées ont été suggérées, notamment l'évaporation [7], l'extraction par solvant [8], la coagulation [9], l'échange d'ions [10], la séparation membranaire [11], les techniques physiques, chimiques et biologiques [12 ]. Le problème majeur est que ces techniques de traitement conventionnelles sont coûteuses lorsqu'elles atteignent un niveau à grande échelle. Dans cette optique, les chercheurs ont développé divers adsorbants tels que la zéolite, le charbon actif, les nanotubes de carbone, les polymères et les matériaux à base de graphène. La méthode d'adsorption est largement utilisée dans le traitement des eaux usées pour dégrader les colorants réactifs [13,14,15,16,17]. Un traitement approprié des colorants, tel que l'adsorption et la dégradation catalytique, est proposé pour l'élimination des colorants afin d'améliorer la qualité de vie. L'adsorption est rentable, mais la récupération du catalyseur reste un problème qui peut produire des matières dangereuses. La dégradation catalytique est légèrement coûteuse; cependant il est relativement simple et présente l'avantage de la recyclabilité [18]. De nombreux semi-conducteurs oxydes (TiO₂ , ZnO, MgO, Fe₂ O₃ et WO₃ ) ont été largement rapportés comme catalyseurs de la dégradation des colorants organiques en raison de leur stabilité chimique élevée, de leur nature non toxique, de leur activité élevée et de leur rentabilité.

Parmi ceux-ci, le MgO non toxique et rentable s'est révélé efficace dans les domaines de l'adsorption, de la catalyse des eaux polluées, des produits supraconducteurs et des matériaux antibactériens [19,20,21]. Au cours des dernières années, diverses nanostructures de MgO, contenant des nanoparticules, des nanofleurs et des nanofeuillets ont été fabriquées avec succès [22]. Récemment, le MgO avec une large bande interdite de 7,8 eV a révélé un grand intérêt en raison de propriétés uniques :optique, électronique et magnétique [23]. Il est largement reconnu que les défauts ponctuels dans les cristaux tels que les lacunes d'oxygène [V _o (c'est-à-dire F ⁺ -type centre, F ⁺ centre, ou F_c )] peut altérer l'efficacité du matériau dans les solides nus de MgO [24]. De plus, le MgO a une densité inférieure à celle d'autres oxydes métalliques, notamment l'oxyde cuivrique, l'oxyde de zinc et l'oxyde de fer [25]. Le MgO est un oxyde de métal alcalino-terreux avec un pH élevé de charge nulle [26], une surface 250-300 m ² /g [27], et un potentiel zêta d'environ -29,89 mV [28]. La recherche a montré que la taille des particules et la surface spécifique sont des facteurs cruciaux qui affectent les performances d'adsorption. Par conséquent, les propriétés de surface des produits résultants sont significativement affectées par la température de calcination pendant la synthèse [29,30,31,32,33]. Le MgO non toxique possède des applications organiques améliorées en tant qu'agent antibactérien pour le soulagement des brûlures d'estomac et la régénération osseuse par rapport à d'autres composés de Mg, comme l'a confirmé la Food and Drug Administration des États-Unis (21CFR184.1431) [34,35,36].

Au cours de la dernière décennie, une feuille épaisse d'oxyde de graphène (GO) à base de carbone a été largement étudiée pour différentes applications [37]. Les nanomatériaux GO bidimensionnels présentent une énorme mobilité électronique, une forte stabilité chimique, une large surface et une conductivité thermique élevée [38, 39]. Le dérivé chimique du graphène est GO possédant une surface d'environ 736,6 m ² /g (théorique) [40] et une valeur de potentiel zêta de − 113,77 mV [41] contenant des groupes époxyde, carboxyliques et hydroxyles. Ces groupes fonctionnels entraînent une charge négative et une hydrophilie et produisent facilement une dispersion de GO en solution aqueuse pour former une suspension stable [42, 43].

En outre, plusieurs études ont examiné la dégradation des colorants textiles pour le MgO, où le MgO a été préparé par décomposition thermique et utilisé pour la dégradation du bleu de méthylène. 90 % de ce colorant s'est dégradé après 180 min [44]. De plus, le MgO a été préparé par une méthode sol-gel avec une taille de particule de 15 à 25 nm, pour l'élimination de 98,3 % du colorant dans les eaux usées après 300 min [45]. Le but de cette étude est de vérifier l'influence du dopant GO sur le MgO, pour lequel divers poids. les rapports (0, 0,01, 0,03 et 0,05) de GO ont été dopés en MgO en utilisant la méthode de précipitation chimique. Les effets du dopant GO sur différentes caractéristiques du MgO telles que la composition structurelle, morphologique et chimique en catalyse et l'action antibactérienne ont été étudiés. D'autre part, la motivation derrière l'utilisation de ces nanocomposites est d'explorer l'utilisation significative des nanomatériaux plasmoniques pour améliorer l'activité antimicrobienne ainsi que catalytique des oxydes métalliques.

Section expérimentale

Matériaux

Chlorure de magnésium (MgCl₂ ·6H₂ O, 99%), nitrate de sodium (NaNO₃ , 98%) et de l'hydroxyde de sodium (NaOH, 98%) ont été fournis par Sigma Aldrich. Poudre de graphite (99,5 %), acide sulfurique (H₂ SO₄ ) et le permanganate de potassium (KMnO₄ , 99,5 %) ont été achetés auprès d'Analar.

Synthèse d'oxyde de magnésium et d'oxyde de graphène

En suivant la stratégie de co-précipitation chimique humide, du MgO dopé GO a été préparé. La méthode de Hummer modifiée [46] a été utilisée dans la préparation de GO. Pour préparer MgO, quantité souhaitée de MgCl₂ ·6H₂ O (0,5 M) ont été agités dans 50 ml d'eau déminéralisée (eau DI) sur plaque chauffante. Le pH de la solution agitée a été maintenu à 12 en utilisant du NaOH (0,1 M), qui a été agité pendant 4 h à 80°C. La solution agitée a ensuite été centrifugée à 3 500 tr/min pendant 15 minutes; le surnageant a été récupéré et séché à 120 °C pendant 24 h à l'étuve. La poudre recueillie a été broyée à l'aide d'un mortier et d'un pilon pour obtenir des poudres fines de MgO non dopé et GO (0,01, 0,03 et 0,05). Le schéma de principe de la préparation de MgO dopé GO est présenté sur la figure 1.

Schéma de principe du schéma de synthèse des nanostructures MgO dopées GO

Catalyse

L'activité catalytique des nanostructures de MgO dopées GO a été testée contre 3 ml de MBCF (bleu de méthyle ciprofloxacine) mélangés dans 400 L de NaBH₄ fraîchement préparé (agent réducteur). NaOH et H₂ SO₄ (400 L) ont été ajoutés pour obtenir respectivement la nature basique et acide de la solution. Après cela, 400 L de MgO dopé ont été ajoutés dans une solution à base d'agent réducteur. Plus tard, la couleur bleue du colorant préparé (MBCF) a commencé à s'estomper, indiquant une dégradation du colorant du MBCF en Leuco-MBCF (incolore). Les échantillons reçus d'une solution faible à divers intervalles ont été capturés avec un spectrophotomètre UV-Vis dans une plage de 200 à 800 nm, comme le montre la figure 2.

Représentation schématique de l'activité catalytique lors de la dégradation du colorant

Isolement et identification de S. aureus et E. coli

Des échantillons de lait de brebis positif à la mammite ont été récupérés dans de nombreuses cliniques vétérinaires et fermes du Pendjab et cultivés sur gélose au sang de brebis (SBA) à 5 %. Pendant la nuit à 37 °C, les échantillons de culture ont été incubés. Les isolats bactériens séparés ont été purifiés par stries sur MacConkey et gélose au sel de mannitol (MA et MSA) en triplets maintenant  ~ pH 7, respectivement. La validation des colonies standard s'est poursuivie avec une coloration de Gram et une analyse biochimique (c'est-à-dire des tests de catalase et de coagulase).

Activité antibactérienne

Le comportement antibactérien du matériel synthétisé a été évalué par un essai de diffusion de puits avec un écouvillonnage à 0,5 McFarland de E isolé. coli et S. aureus souches bactériennes sur MA et MSA, respectivement. Un perce-bouchon stérile a été utilisé pour former des puits d'un diamètre de 6 mm sur les plaques MA et MSA et des concentrations distinctes de MgO pur et dopé (0,5 et 1,0 mg/0,5 ml) ont été chargées dans chaque puits comme dose minimale et maximale en comparaison avec de la ciprofloxacine (0,005 mg/0,5 ml) et de l'eau DI (0,55 ml) comme témoins positifs et négatifs, respectivement, dans des conditions aseptiques. Après une nuit d'incubation à 37 °C, l'efficacité antimicrobienne a été obtenue en calculant les zones d'inhibition en millimètres (mm) à l'aide du pied à coulisse.

Analyse statistique

Une analyse unidirectionnelle de la variation (ANOVA) avec SPSS 20 a été utilisée pour estimer l'efficacité antimicrobienne en termes de scores de zone d'inhibition (mm).

Caractérisation des matériaux

Pour identifier la structure cristalline et les phases dans les produits préparés, les échantillons ont été évalués au moyen d'un diffractomètre à rayons X (modèle :PAN Analytical Xpert–PRO) en utilisant le rayonnement Cu-Kα (λ = 1.540 Å) et 2θ valeurs de 10° à 85°. L'étude des groupes fonctionnels attachés a été acquise par FTIR (spectromètre Perkin Elmer) utilisé dans 4000-400 cm ⁻¹ intervalle. Les spectres d'absorption ont été enregistrés avec un spectrophotomètre UV-Vis (Genesys 10S) dans la plage de 200 à 700 nm, tandis qu'à l'aide d'un spectrofluoromètre (JASCO, FP-8300), une spectroscopie de photoluminescence (PL) a été réalisée. Les spectres Raman sont mesurés avec un microscope DXR Raman (Thermo Scientific) à l'aide d'un laser basé à λ =  532 nm (6 mV). La composition élémentaire a été obtenue via SEM-EDS à l'aide du logiciel INCA EDS, tandis que l'espacement d a été visualisé à l'aide d'un microscope électronique à transmission haute résolution (modèle HR-TEM JEOL JEM 2100F).

Résultats et discussion

Une XRD de MgO et de MgO dopé GO a été réalisée pour identifier la structure cristalline, la taille et la composition de phase sur la figure 3a. Pics observés à 2θ ° = 37°, 43,10°, 62,5°, 74,7° et 78,8° étaient en accord avec les plans (111), (200), (220), (311) et (222) confirmant que MgO avait une structure cubique coïncidant avec (JCPDS 75-1525) [47]. Lors du dopage, les pics de diffraction étaient identiques, pointant vers la faible teneur en dopant GO utilisé, qui n'était pas détectable. La taille moyenne des cristallites a été calculée à partir des pics de diffraction en utilisant l'équation de Debye-Scherrer, qui s'est avérée être de 13,28 nm. L'espacement d calculé (0,21 nm) a été attribué au plan de réseau (200) de MgO cubique. Les diagrammes de diffraction électronique à zone sélectionnée (SAED) des échantillons ont indiqué la nature cristalline du MgO (Fig. 3b–d). Le point lumineux des anneaux concentriques correspondait bien aux plans XRD de MgO [48].

un Modèle XRD de MgO dopé GO, a′ Code de référence de MgO, b Modèle SAED de (0:1), c ALLER (0.01:1, d (0,05:1), e Spectres FTIR

Afin d'examiner les groupes fonctionnels attachés de MgO dopé, le FTIR a été opéré dans le nombre d'onde de 4000 à 400 cm ⁻¹ plage comme illustré à la Fig. 3e. Pic de transmission autour de 3699 cm ⁻¹ dans le MgO dopé a été attribuée à la vibration d'étirement caractéristique des groupes hydroxyle (alcool) obtenue en raison de la réaction entre la surface du MgO et les vapeurs d'eau dans l'air [3]. La réduction de l'intensité maximale avec l'introduction de GO a été observée, ce qui est attribué aux feuilles de dopant enroulées autour de MgO. La bande trouvée à 1450 cm ⁻¹ était liée aux vibrations d'étirement asymétrique des ions carbonate (C–O), tandis que les pics de vibration de flexion correspondants ont été remarqués à ~ 865 et ~ 867 cm ⁻¹ [48]. Cependant, une diminution de l'intensité des bandes susmentionnées a été observée pour l'échantillon de MgO dopé GO [20]. Bande trouvée à environ 443 cm ⁻¹ montrant la présence de vibrations d'étirement caractérisées par Mg-O [49].

Les spectres d'absorption du MgO sans dopant et dopé ont été collectés dans une plage de 220 à 700 nm (Fig. 4a). L'absorption de bande pour le MgO trouvée à ~ 250 et ~ 320 nm peut être confirmée par les lacunes en oxygène (F et F₂ ²⁺ ) centres, respectivement. A une excitation λ = 250 nm, le processus de photoionisation du centre F est impliqué, conduit par l'équation F + hυ ↔ F +  + e [23]. Le pic d'absorption de GO a été trouvé autour de 230 nm qui peut être attribué à π –π * transitions de C=C dans le système carboné amorphe [50], lors du dopage, l'absorption augmente accompagnée d'un redshift. La bande interdite a légèrement diminué (5,0 à 4,8 eV) avec l'augmentation de la quantité de GO en quantité fixe de MgO, comme le montre la figure 4b. Ce décalage vers le rouge suggère des effets morphologiques sur les cristaux ayant de nombreux sites actifs ou peut être un effet de confinement quantique [51].

un Spectres d'absorption de différents échantillons de MgO dopé GO, aʹ Spectres d'absorption zoomés de GO-MgO, b Parcelle du Tauc, c Spectres PL et d Spectres Raman des nanostructures GO-MgO

La figure 4c révèle des spectres d'émission PL de MgO dopé mesurés allant de 377 à 500 nm avec un λ excitant de 350 nm. Pour déterminer l'efficacité de la recombinaison des porteurs de charge (migration) et l'efficacité du piégeage, la PL a été utilisée. Le pic d'émission de PL à 414 nm résulte de la transition de bande de défaut due aux niveaux d'énergie produits avec diverses lacunes d'anions de type F (oxygen ion vacancy) [52]. L'émission PL de GO est généralement attribuable à la recombinaison électron-trou à partir d'états électroniques confinés adjacents à la bande de cantonnière à large plage (VB) et au bas de la bande de conduction (CB). Dans la structure atomique, l'émission est principalement générée par les transitions électroniques entre la région du carbone non oxydé (–C=C–) et le bord de la région des atomes de carbone oxydé (C–O, C=O et O=C–OH) [53]. Les pics GO-MgO ont révélé un décalage vers le bleu et une faible intensité, ce qui indiquait un taux de recombinaison réduit qui pourrait être dû au transfert d'électrons d'un niveau d'énergie plus élevé vers de nouveaux états générés.

La structure de surface et le désordre des échantillons fabriqués ont été analysés par spectroscopie Raman, comme le montre la figure 4d. Le spectre de l'échantillon témoin de Raman n'a montré aucun pic caractéristique à 100–1600 cm ⁻¹ région, ce qui suggère de faibles phonons d'intensité de diffusion MgO [54, 55]. En cas d'échantillons dopés, bandes situées aux alentours de 1338 cm ⁻¹ (bande D) et 1598 cm ⁻¹ (bande G) a confirmé la présence de GO dans l'échantillon [56]. La bande D est affectée au défaut dans sp ³ les atomes de carbone (C) et la bande G proviennent de E_2g diffusion des phonons (diffusion du 1er ordre) de sp ² atomes de carbone. L'augmentation de l'intensité des pics D et G est obtenue avec une concentration de dopage accrue. De plus, le rapport d'intensité (I _D /Je _G ) des bandes D et G indiquaient un degré de trouble de sp ² Domaines C [46].

Pour confirmer la structure cristalline et la morphologie du MgO dopé, le HR-TEM a été utilisé (Fig. 5). L'image HRTEM (5a) de l'échantillon sans dopant a une nanostructure agglomérée en forme d'hexagone. Avec l'incorporation de GO, la morphologie hexagonale de la nanostructure a été fusionnée avec les nanofeuillets GO et la formation d'une structure de type tige en présence d'hexagones a été observée. L'agrégation a augmenté avec l'augmentation de la quantité de dopant dans le MgO où les tiges et la morphologie hexagonale des nanostructures ont été trouvées. Il est à noter que le diamètre de la nanostructure hexagonale diminuait avec une concentration plus élevée de GO confirmant l'interaction entre MgO et GO.

un –d Images HR-TEM de diverses concentrations de MgO dopé GO (0, 0,01, 0,03 et 0,05), respectivement

L'espacement d intercouche a été mesuré avec des images HR-TEM à l'aide du logiciel Gatan, comme illustré sur la figure 6a–d. Les valeurs d'espacement d pour diverses concentrations (0:1, 0,01:1, 0,03:1 et 0,05:1) de MgO dopé GO ont été calculées comme étant de 0,250, 0,240, 0,20 et 0,24 nm, respectivement, attribuées au plan (200) de MgO (Fig. 6a–d) comme synchronisé avec les résultats XRD. De plus, la modification des valeurs d'espacement d a été attribuée au dopage GO dans les réseaux MgO.

espacement d calculé à l'aide d'images HR-TEM de GO-MgO (a –d ) avec contenu GO (0, 0,01, 0,03, 0,05)

L'analyse SEM-EDS a révélé les informations détaillées sur la surface de l'échantillon concernant sa composition élémentaire. Les spectres EDS de MgO et divers rapports (0,01:1, 0,03:1 et 0,05:1) de GO dans MgO sont respectivement exprimés sur les figures 7a–d. La présence de magnésium (Mg) et d'oxygène (O) détectée sur la figure 7a confirme la formation de MgO. Le pic de carbone (C) a été attribué aux nanofeuillets GO, tandis que le pic élémentaire de Na dans les échantillons a été observé en raison de l'utilisation de NaOH pendant le processus de synthèse pour maintenir le pH.

Analyse SEM–EDS du MgO dopé GO (a –d ) avec contenu GO (0, 0,01, 0,03 et 0,05), respectivement

Pour tester l'activité catalytique du MgO dopé GO, les spectres d'absorption UV-Vis obtenus lors de la dégradation de l'échantillon de référence (MBCF) ont été utilisés. Capacité de réduction de NaBH₄ avec MBCF n'était pas significativement affecté après 200 min, comme le montre la figure 8a–d. A l'état neutre, solution de MBCF (3 ml) ajoutée dans 400 L de NaBH₄ et des échantillons de 3 ml dans un délai de 180 à 160 min ont montré une réduction limitée (4,8 % de dégradation) pour les échantillons non dopés et dopés. De plus, l'activité basique des échantillons (0:1, 0,01:1, 0,03:1, 0,05:1) a entraîné une dégradation de 11, 3,5, 12, 26 % en 3 min, respectivement (Fig. 8a–d). La fonction catalytique la plus élevée a été obtenue dans une solution acide avec une concentration plus élevée (0,05) de GO dans les nanostructures de MgO montrant une dégradation de 45 % en 1 min, comme le montre la figure 8d.

un –d Catalyse du MBCF à blanc et du MgO dopé GO dans différents milieux colorants [neutre (N), basique (B) et acide (A)], respectivement

Lors de la catalyse, réduction du MBCF en présence de NaBH₄ , les matériaux synthétisés agissent comme relais d'électrons de sorte que le transfert d'électrons de BH₄ ⁻ ions (donneur) au MBCF (accepteur) entraîne la réduction du colorant [57]. Les sites actifs abondants des nanostructures ont amélioré l'adsorption pour BH₄ ⁻ les ions et les molécules de colorant réagissent les uns avec les autres. Le pH de la solution affecte également les performances de dégradation. Pour milieu acide (H₂ SO₄ ), amélioration de l'activité catalytique qui est attribuée à une génération accrue de H ⁺ ions proposés pour être adsorbés à la surface de la nanostructure. Lors de l'ajout de NaOH pour le milieu basique, le nombre de groupes hydroxyles augmente conduisant à l'oxydation des produits réduits et à la diminution de l'activité catalytique. Les résultats ont montré que la dégradation des colorants par les nanostructures en milieu acide était beaucoup plus élevée par rapport à la condition basique.

L'efficacité antibactérienne in vitro du MgO pur et dopé GO a été réalisée contre les isolats G -ve et +ve par essai de diffusion en puits (tableau 1). Les résultats ont montré une action microbicide améliorée et une synergie de GO-MgO pour E. coli en comparaison avec S. aureus , voir le tableau 1. Significatif (p < 0,05) les zones d'inhibition ont été enregistrées comme (1,55-4,75 mm) et (2,10-4,85 mm) pour E. coli à dose minimale et maximale, respectivement, et (1,30–4,00 mm) pour S. aureus à forte dose. Toutes les concentrations ont montré une efficacité antibactérienne nulle pour S. aureus à faible dose. La comparaison des résultats s'est poursuivie avec des zones d'inhibition d'eau DI témoin -ve (0 mm) et de contrôle +ve de ciprofloxacine (7,15 mm) et (11,25 mm) pour E. coli et S. aureus , respectivement.

Dans l'ensemble, les nanostructures dopées ont révélé une activité bactéricide nulle envers G + ve à faible dose, tandis que l'efficacité envers G - ve était substantielle (p < 0.05) par rapport à G +ve en contenu dopé.

Les stress oxydatifs des nanostructures modifiées reposent sur divers facteurs tels que la forme, la taille et la concentration des nanoparticules qui jouent un rôle important dans l'action antibactérienne [58]. Les petits matériaux nanométriques produisent efficacement des espèces réactives de l'oxygène (ROS) causant des dommages à la membrane cellulaire des bactéries et l'extrusion du cytoplasme, entraînant l'éclatement des bactéries, voir Fig. 9 [59]. Deuxièmement, une interférence cationique significative des nanomatériaux avec des fragments négatifs de membrane cellulaire bactérienne entraîne un effondrement. Activité antibactérienne de la nanoparticule de MgO renforcée contre E. coli, qui était due à la génération d'une grande quantité de O₂ ⁻ et peut être la peroxydation lipidique et les ROS [60]. Dans l'échantillon de dopant, l'activité antibactérienne a augmenté en raison de l'augmentation de la concentration de GO.

Mécanisme proposé de l'activité bactéricide des nanostructures GO-MgO

Conclusion

Dans le présent travail, des nanostructures de MgO dopées GO ont été synthétisées avec succès par voie de précipitation chimique. La structure cubique de MgO a été observée en utilisant la technique XRD et confirmée avec HRTEM. Liaison moléculaire du Mg-O avec divers groupes fonctionnels et pics de transmission caractéristiques du MgO autour de 443 cm ⁻¹ dans la région des empreintes digitales ont été enregistrées à l'aide de FTIR. L'absorption a augmenté lors du dopage, ce qui a introduit un décalage vers le rouge à des concentrations plus élevées de GO. La bande interdite calculée à l'aide du tracé de Tauc à partir des spectres d'absorption de MgO dopé trouvé à 4,8 eV (concentration élevée) par rapport à MgO (5,0 eV) a été attribuée au décalage vers le rouge de l'absorption lors du dopage. La morphologie cubique et hexagonale des nanostructures a été observée dans le MgO et la croissance de structures en forme de tige a été observée lors du dopage avec une diminution du diamètre des hexagones dans le HR-TEM. De plus, l'espacement d moyen (0,23 nm) du HRTEM avec le logiciel Gatan est bien adapté au XRD. L'analyse EDS a révélé une composition élémentaire qui a montré la confirmation de Mg, O avec le dopage GO. Avec l'incorporation de GO, l'intensité de PL a diminué de 414 nm accompagnée d'un décalage vers le bleu indiquant un faible taux de recombinaison des excitons. La présence de la bande D et G (à 1338, 1598 cm ⁻¹ , respectivement) associé à sp ³ et sp ² Les atomes C ont été vérifiés avec Raman. L'activité catalytique a été évaluée et la plus haute dégradation du colorant d'environ 45 % a été atteinte dans des conditions acides de 0,05 GO-MgO. De plus, les résultats expérimentaux ont montré une efficacité bactéricide améliorée de GO-MgO contre G-ve (E. coli ) par rapport à G +ve (S. aureus ). De plus, la synergie de GO-MgO a montré une efficacité bactéricide accrue contre G-ve (E. coli ) par rapport à G +ve (S. aureus ). Cette étude a exploré les propriétés dépendantes du dopant des nanocomposites de MgO qui peuvent être utilisés pour nettoyer l'eau industrielle polluée et dans des applications antimicrobiennes pour la dépollution environnementale.

Disponibilité des données et des matériaux

Toutes les données sont entièrement disponibles sans restriction.

Abréviations

EDS :

Spectroscopie à rayons X à dispersion d'énergie

FTIR :

Spectroscopie infrarouge à transformée de Fourier

FESEM :

Microscopie électronique à balayage à émission de champ

G +ve :

Gram positif

G –ve :

Gram négatif

GO :

Graphène

HR-TEM :

Microscopie électronique à transmission haute résolution

JCPDS :

Comité mixte sur les étalons de diffraction des poudres

MgO :

Oxyde de magnésium

UV–Vis :

Spectroscopie ultraviolet-visible

XRD :

Diffraction des rayons X