Sintesis dan karakterisasi nanopartikel Mg-ZnO dan Mg/Cu-ZnO dengan metode fasa padat untuk aplikasi fotokatalis dan antibakteri

Nanopartikel oksida logam dengan stabilitas kimia dan biokompatibilitas yang baik telah secara luas diaplikasikan sebagai fotokatalis untuk menangani limbah zat warna dan agen antibakteri. Penggabungan ion dopan Mg2+ atau Mg2+/Cu2+ ke dalam kisi host ZnO dilakukan untuk meningkatkan sifat optik dan struktural ZnO yang mengarah pada peningkatan aktivitas fotokatalitik dan antibakteri. Nanopartikel ZnO, Mg-ZnO dan Mg/Cu-ZnO disintesis melalui metode fasa padat. Pola difraksi sinar-X mengungkapkan bahwa NP ZnO, Mg-ZnO dan Mg/Cu-ZnO yang disintesis memiliki struktur heksagonal wurtzite. Ukuran partikel ZnO, Mg-ZnO dan Mg/Cu-ZnO berturut-turut 96,35 ± 0,10, 85,30 ± 0,14, dan 84,10 ± 0,17 nm. Karakterisasi optik sampel mengungkapkan bahwa energi celah pita (Eg) dari NP ZnO (3,13 eV), Mg-ZnO (3,15 eV), dan Mg/Cu-ZnO (3,12 eV). Spektrum Raman menunjukkan mode karakteristik E2(H) yang mewakili karakteristik struktur kristal wurzite heksagonal ZnO. Selain itu, NP Mg-ZnO menunjukkan penurunan intensitas fotoluminesensi (PL) dibandingkan ZnO, sedangkan NP Mg/Cu-ZnO berlaku sebaliknya. Studi fotokatalitik menunjukkan degradasi tertinggi (96,34%) pada zat warna rhodamin B oleh NP Mg-ZnO dengan konstanta laju 1,3 kali lebih besar dari ZnO. Studi antibakteri dilakukan dengan menggunakan bakteri Gram-positif (Staphylococcus aureus) dan Gram-negatif (Escherichia coli), dimana NP Mg/Cu-ZnO memiliki aktivitas antibakteri tertinggi terhadap bakteri Gram-positif Staphylococcus aureus. Metal oxide nanoparticles with good chemical stability and biocompatibility have been widely applied as photocatalysts for dyes waste degradation and antibacterial agents. Incorporation of Mg2+ or Mg2+/Cu2+ dopants into the ZnO host lattice was carried out to improve the optical and structural properties of ZnO leading to an increase in photocatalytic and antibacterial activity. ZnO, Mg-ZnO and Mg/Cu-ZnO NPs were synthesized by solid state method. The X-ray diffraction pattern revealed that the synthesized ZnO, Mg-ZnO and Mg/Cu-ZnO NPs had a wurtzite hexagonal structure. The particle sizes of ZnO, Mg-ZnO and Mg/Cu-ZnO were 96.35 ± 0.10, 85.30 ± 0.14, and 84.10 ± 0.17 nm, respectively. The optical characterization of the samples revealed that the bandgap energy (Eg) of ZnO (3.13 eV), Mg-ZnO (3.15 eV), and Mg/Cu-ZnO (3.12 eV). Raman spectra showed the characteristic mode E2(H) which represents the characteristic of crystal structure hexagonal wurzite. In addition, Mg-ZnO NPs exhibits a decrease in photoluminescence intensity (PL) compared to ZnO, whereas Mg/Cu-ZnO NPs does the opposite. Photocatalytic studies showed the highest degradation (96.34%) of rhodamine B dye by Mg-ZnO NPs with a rate constant of 1.3 times greater than ZnO. Antibacterial studies were carried out using Gram-positive (Staphylococcus aureus) and Gram-negative (Escherichia coli), where Mg/Cu-ZnO NPs had the highest antibacterial activity against Gram-positive Staphylococcus aureus