Menggunakan pendekatan co-presipitasi sederhana, kami menyintesis nanopartikel ZnO murni dan doped Mg dengan 0–7,5 mol % Mg. Difraksi sinar-X mengonfirmasi fase wurtzite tunggal, sementara SEM menunjukkan butir skala nano (30–110 nm) dengan morfologi heksagonal. Integrasi Mg menurunkan jarak energi dari 3,36 ke 3,04 eV dan menghasilkan tepi penyerapan yang red-shift. Fotoluminesensi menunjukkan emisi terlihat yang ditingkatkan antara 430 dan 600 nm, yang mengindikasikan densitas defek yang meningkat. Dalam uji fotokatalitik, 7,5 % Mg-ZnO mencapai degradasi 78 % Rhodamine B di bawah iradiasi UV-Vis. Uji antibakteri terhadap strain Gram-positif (S. aureus) dan Gram-negatif (E. coli, Proteus) menunjukkan bahwa doping Mg secara progresif meningkatkan diameter zona inhibi, mengonfirmasi performa antimikroba yang superior.
Latar Belakang
Nanopartikel menampilkan sifat yang bergantung pada ukuran yang memungkinkan interaksi dengan sistem biologis dan polutan lingkungan. Zink oksida (ZnO) adalah semikonductor hemat biaya, stabil kimia yang banyak digunakan dalam tabir surya, fotokatalisis, dan aplikasi antibakteri. Doping ZnO dengan logam bivalen seperti Mg dapat menyesuaikan jarak energi optik, kimia defek, dan reaktivitas permukaan, sehingga meningkatkan aktivitas fotokatalitik dan antimikroba. Mg, yang lebih kecil dari Zn, menggantikan Zn²⁺ dalam jaringan, menginduksi regangan dan menciptakan rongga oksigen yang berfungsi sebagai sit aktif untuk pemisahan pemagas dan pembentukan spesies reaktif oksigen (ROS).
Metode
Reagen kelas analitik (Sigma-Aldrich) digunakan tanpa pemurnian lebih lanjut. ZnCl₂ dan MgCl₂ dicampur dalam ras molar 0,975:0,025, 0,950:0,050, dan 0,925:0,075 untuk mendapatkan 2,5 %, 5 %, dan 7,5 % ZnO doped Mg, masing-masing. Larutan NaOH 1 M ditambahkan secara titik-titik ke dalam campuran klorida logam di bawah pengadukan kuat; endapan yang dihasilkan diaging selama 6 jam, difilter, dicuci dengan air deionisasi dan aseton, dikeringkan pada 100 °C, digiling, dan dikalsinasi pada 300 °C selama 4 jam. Jalur co-presipitasi menghasilkan partikel nanoskal murni pada kondisi suhu ruangan.
Sintesis co-presipitasi NP ZnO doped Mg.
Properti struktural, morfologis, dan optik dikarakterisasi oleh XRD (Bruker D8, Cu Kα, λ = 1,54056 Å), FE-SEM (ZEISS), spektroskopi UV-Vis (Hitachi U-3900H), dan fotoluminesensi (Job HR800, laser He-Cd 325 nm). Aktivitas antibakteri dievaluasi melalui difusi cakram agar terhadap strain E. coli, S. aureus, dan Proteus.
Hasil dan Pembahasan
Analisis Struktural
Pola XRD (Gambar 2) menunjukkan puncak karakteristik pada 31,8°, 34,5°, 36,3°, 47,5°, 56,7°, 62,9°, dan 68°, yang mengonfirmasi struktur wurtzite heksagonal (JCPDS 36-1451). Tidak ada fase sekunder yang terdeteksi. Intensitas puncak menurun seiring peningkatan Mg, yang mengindikasikan kehilangan kristalinitas sedikit karena distorsi jaringan. Puncak (101) bergeser ke sudut yang lebih rendah, konsisten dengan substitusi Mg²⁺ (radius ionik = 0,57 Å) untuk Zn²⁺ (0,60 Å). Ukuran kristalit, yang dihitung melalui persamaan Scherrer, meningkat dari ~35 nm (murni) menjadi ~70 nm (7,5 % Mg). Tabel 1 meringkas parameter jaringan, fraksi empaatan atom, dan nilai regangan.
Morfologi dan Komposisi
Gambar FE-SEM (Gambar 3) menunjukkan butir heksagonal yang terdefinisi dengan baik berkisar dari 30 hingga 110 nm, dengan konten Mg yang lebih tinggi menghasilkan disperersi yang lebih baik. Spektra EDS (Gambar 4) mengonfirmasi kehadiran Zn, Mg, dan O, dengan intensitas Mg berkaitan dengan tingkat doping dan tidak ada elemen ekstra yang terdeteksi.
Properti Optik
Penyerapan UV-Vis (Gambar 5a) mengungkapkan peningkatan penyerapan dan tepi penyerapan yang red-shift seiring peningkatan konten Mg. Plot Tauc (Gambar 5b) menghasilkan jarak energi yang menurun dari 3,36 eV (murni) ke 3,04 eV (7,5 % Mg), yang mencerminkan penutupan kuantum yang ditingkatkan dan status yang diinduksi oleh defek.
Fotoluminesensi
Spektra PL (Gambar 6) menampilkan puncak UV yang kuat (~400 nm) dan pita terlihat lebar (450–620 nm). Emisi terlihat bertambah seiring doping Mg, yang mengindikasikan lebih banyak rongga anion permukaan dan pemisahan elektron-lubang yang ditingkatkan.
Performa Fotokatalitik
Di bawah iradiasi UV 125 W (311 nm), 7,5 % Mg-ZnO mencapai degradasi 78 % Rhodamine B setelah 120 menit, mengalahkan ZnO murni (≈ 20 %). Analisis kinetik (Gambar 9) menunjukkan konstanta laju first-order meningkat dari 1,09 × 10⁻³ ke 1,26 × 10⁻² menit⁻¹ dengan konten Mg, mengonfirmasi dinamika pemagas yang ditingkatkan. Peningkatan ini diatribusikan pada peningkatan luas permukaan, rongga oksigen, dan sumpah elektron yang efektif yang disediakan oleh integrasi Mg.
Aktivitas Antibakteri
Uji difusi cakram (Gambar 10) mengungkapkan bahwa NP Mg-ZnO menghambat bakteri Gram-positif dan Gram-negatif. Zona inhibi membesar seiring peningkatan persentase Mg, mencapai 18 mm terhadap E. coli dan 20 mm terhadap S. aureus untuk 7,5 % Mg-ZnO. Pembentukan ROS yang ditingkatkan dan jarak energi yang lebih rendah memfasilitasi tindakan antimikroba yang lebih kuat.
Kesimpulan
Doping Mg melalui co-presipitasi menghasilkan NP ZnO fase murni dengan morfologi yang dapat disesuaikan, jarak energi yang diturunkan, dan densitas defek yang meningkat. 7,5 % Mg-ZnO memberikan degradasi fotokatalitik superior pada warna organik dan aktivitas antibakteri yang kuat, menjadikannya calon yang menjanjikan untuk remediasi lingkungan dan aplikasi antimikroba.
