Published March 21, 2024 | Version v1
Publication Open

Green synthesis and characterization of α-Mn2O3 nanoparticles for antibacterial activity and efficient visible-light photocatalysis

Creators

  • 1. Ilam University
  • 2. University of Zanjan
  • 3. Zanjan University of Medical Sciences
  • 4. Kurdistan University of Medical Sciences
  • 5. University of Johannesburg
  • 6. Duy Tan University

Description

In this study, green synthesis, characterizations, photocatalytic performance, and antibacterial applications of α-Mn2O3 nanoparticles are reported. The synthesized nanoparticles were characterized by Fourier transform infrared spectroscopy (FT-IR), powder X-ray diffraction (XRD), transmission electron microscope (TEM), Scanning electron microscopy (SEM), energy dispersive X-ray analysis (EDX), Brunauer Emmett Teller (BET), Electrochemical Impedance Spectroscopy (EIS), Photoluminescence (PL), and Differential reflectance spectroscopy (DRS) analysis. The investigation verified that the α-Mn2O3 nanoparticles possessed a cubic structure, with a crystallite size of 23 nm. The SEM and TEM techniques were used to study the nanoscale morphology of α- Mn2O3 nanoparticles, which were found to be spherical with a size of 30 nm. Moreover, the surface area was obtained as 149.9 m2 g-1 utilizing BET analysis, and the band gap was determined to be 1.98 eV by DRS analysis. The photocatalysis performance of the α-Mn2O3 NPs was evaluated for degrading Eriochrome Black T (EBT) dye under visible light and degradation efficiency was 96% in 90 min. The photodegradation mechanism of EBT dye was clarified with the use of radical scavenger agents, and the degradation pathway was confirmed through Liquid Chromatography-Mass Spectrometry (LC-MS) analysis. Additionally, the produced nanoparticles could be extracted from the solution and continued to exhibit photocatalysis even after five repeated runs under the same optimal conditions. Also, the antibacterial activity of green synthesized α-Mn2O3 nanoparticles was investigated by using the broth microdilution method towards Enterococcus faecalis ATCC 29212 (Gram-positive), Staphylococcus aureus ATCC 29213 (Gram-positive), Salmonella typhimurium ATCC 14028 (Gram-negative), Klebsiella pneumoniae ATCC 7881 (Gram-negative), Escherichia coli ATCC 25922 (Gram-negative), Proteus mirabilis ATCC 7002 (Gram-negative), and Pseudomonas aeruginosa ATCC 27853 (Gram-negative) bacterial strains.

⚠️ This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%

Translated Description (Arabic)

في هذه الدراسة، تم الإبلاغ عن التوليف الأخضر، والتوصيفات، والأداء التحفيزي الضوئي، والتطبيقات المضادة للبكتيريا للجسيمات النانوية α - Mn2O3. تميزت الجسيمات النانوية المركبة بتحليل فورييه الطيفي للأشعة تحت الحمراء (FT - IR)، وانحراف الأشعة السينية للمسحوق (XRD)، والمجهر الإلكتروني للإرسال (TEM)، والمجهر الإلكتروني للمسح الضوئي (SEM)، وتحليل الأشعة السينية المشتتة للطاقة (EDX)، و Brunauer Emmett Teller (BET)، و مطياف المعاوقة الكهروكيميائية (EIS)، و Photoluminescence (PL)، و مطياف الانعكاس التفاضلي (DRS). تحقق التحقيق من أن الجسيمات النانوية α - Mn2O3 تمتلك بنية مكعبة، بحجم بلوريت 23 نانومتر. تم استخدام تقنيات SEM و TEM لدراسة مورفولوجيا المقياس النانوي للجسيمات النانوية α - Mn2O3، والتي وجد أنها كروية بحجم 30 نانومتر. علاوة على ذلك، تم الحصول على مساحة السطح على أنها 149.9 م 2 ز-1 باستخدام تحليل BET، وتم تحديد فجوة النطاق على أنها 1.98 فولت من خلال تحليل DRS. تم تقييم أداء التحفيز الضوئي لـ α - Mn2O3 NPs لتحلل صبغة Eriochrome Black T (EBT) تحت الضوء المرئي وكانت كفاءة التحلل 96 ٪ في 90 دقيقة. تم توضيح آلية التحلل الضوئي لصبغة EBT باستخدام عوامل كاسحة جذرية، وتم تأكيد مسار التحلل من خلال تحليل الكروماتوغرافيا السائلة - قياس الطيف الكتلي (LC - MS). بالإضافة إلى ذلك، يمكن استخراج الجسيمات النانوية المنتجة من المحلول واستمرارها في إظهار التحفيز الضوئي حتى بعد خمس عمليات متكررة في ظل نفس الظروف المثلى. أيضًا، تم التحقيق في النشاط المضاد للبكتيريا للجسيمات النانوية الخضراء المخلقة α - Mn2O3 باستخدام طريقة التخفيف الدقيق للمرق تجاه المكورات المعوية البرازية ATCC 29212 (إيجابية الجرام)، المكورات العنقودية الذهبية ATCC 29213 (إيجابية الجرام)، السالمونيلا التيفية ATCC 14028 (سلبية الجرام)، Klebsiella pneumoniae ATCC 7881 (سلبية الجرام)، الإشريكية القولونية ATCC 25922 (سلبية الجرام)، Proteus mirabilis ATCC 7002 (سلبية الجرام)، والسلالات البكتيرية الزائفة الزنجارية ATCC 27853 (سلبية الجرام).

Translated Description (French)

Dans cette étude, la synthèse verte, les caractérisations, les performances photocatalytiques et les applications antibactériennes des nanoparticules α-Mn2O3 sont rapportées. Les nanoparticules synthétisées ont été caractérisées par spectroscopie infrarouge à transformée de Fourier (FT-IR), diffraction des rayons X sur poudre (DRX), microscope électronique à transmission (met), microscopie électronique à balayage (MEB), analyse des rayons X à dispersion d'énergie (EDX), Brunauer Emmett Teller (BET), spectroscopie d'impédance électrochimique (EIS), photoluminescence (PL) et analyse par spectroscopie de réflectance différentielle (DRS). L'investigation a permis de vérifier que les nanoparticules α-Mn2O3 possédaient une structure cubique, avec une taille de cristallite de 23 nm. Les techniques MEB et met ont été utilisées pour étudier la morphologie à l'échelle nanométrique des nanoparticules α- Mn2O3, qui se sont avérées être sphériques d'une taille de 30 nm. De plus, la surface a été obtenue à 149,9 m2 g-1 en utilisant l'analyse BET, et la bande interdite a été déterminée à 1,98 eV par analyse DRS. La performance de photocatalyse des NP α-Mn2O3 a été évaluée pour la dégradation du colorant Eriochrome Black T (EBT) sous lumière visible et l'efficacité de dégradation était de 96 % en 90 min. Le mécanisme de photodégradation du colorant EBT a été clarifié à l'aide d'agents piégeurs de radicaux, et la voie de dégradation a été confirmée par une analyse par chromatographie liquide et spectrométrie de masse (LC-MS). De plus, les nanoparticules produites pourraient être extraites de la solution et continuer à présenter une photocatalyse même après cinq passages répétés dans les mêmes conditions optimales. En outre, l'activité antibactérienne des nanoparticules α-Mn2O3 synthétisées vertes a été étudiée en utilisant la méthode de microdilution en bouillon envers les souches bactériennes Enterococcus faecalis ATCC 29212 (Gram-positif), Staphylococcus aureus ATCC 29213 (Gram-positif), Salmonella typhimurium ATCC 14028 (Gram-négatif), Klebsiella pneumoniae ATCC 7881 (Gram-négatif), Escherichia coli ATCC 25922 (Gram-négatif), Proteus mirabilis ATCC 7002 (Gram-négatif) et Pseudomonas aeruginosa ATCC 27853 (Gram-négatif).

Translated Description (Spanish)

En este estudio, se informan la síntesis verde, las caracterizaciones, el rendimiento fotocatalítico y las aplicaciones antibacterianas de las nanopartículas de α-Mn2O3. Las nanopartículas sintetizadas se caracterizaron mediante espectroscopía infrarroja por transformada de Fourier (FT-IR), difracción de rayos X en polvo (XRD), microscopio electrónico de transmisión (TEM), microscopía electrónica de barrido (SEM), análisis de rayos X por dispersión de energía (edX), Brunauer Emmett Teller (BET), espectroscopía de impedancia electroquímica (EIS), análisis de fotoluminiscencia (PL) y espectroscopía de reflectancia diferencial (DRS). La investigación verificó que las nanopartículas de α-Mn2O3 poseían una estructura cúbica, con un tamaño de cristalito de 23 nm. Las técnicas SEM y TEM se utilizaron para estudiar la morfología a nanoescala de las nanopartículas de α-Mn2O3, que resultaron ser esféricas con un tamaño de 30 nm. Además, el área de superficie se obtuvo como 149.9 m2 g-1 utilizando el análisis BET, y se determinó que la brecha de banda era 1.98 eV mediante el análisis DRS. El rendimiento de la fotocatálisis de las NP de α-Mn2O3 se evaluó para determinar la degradación del colorante negro de eriocromo T (EBT) bajo luz visible y la eficiencia de degradación fue del 96% en 90 min. El mecanismo de fotodegradación del colorante EBT se aclaró con el uso de agentes depuradores de radicales, y la vía de degradación se confirmó mediante análisis de cromatografía líquida-espectrometría de masas (LC-MS). Además, las nanopartículas producidas podrían extraerse de la solución y continuar exhibiendo fotocatálisis incluso después de cinco ejecuciones repetidas en las mismas condiciones óptimas. Además, se investigó la actividad antibacteriana de las nanopartículas de α-Mn2O3 sintetizadas verdes utilizando el método de microdilución en caldo hacia Enterococcus faecalis ATCC 29212 (Gram-positivo), Staphylococcus aureus ATCC 29213 (Gram-positivo), Salmonella typhimurium ATCC 14028 (Gram-negativo), Klebsiella pneumoniae ATCC 7881 (Gram-negativo), Escherichia coli ATCC 25922 (Gram-negativo), Proteus mirabilis ATCC 7002 (Gram-negativo) y Pseudomonas aeruginosa ATCC 27853 (Gram-negativo).

Files

s41598-024-56666-2.pdf.pdf

Files (2.2 MB)

⚠️ Please wait a few minutes before your translated files are ready ⚠️ Note: Some files might be protected thus translations might not work.
Name Size Download all
md5:b4ab475afc13545ac0c1f2f64cd80c81
2.2 MB
Preview Download

Additional details

Additional titles

Translated title (Arabic)
التوليف الأخضر وتوصيف الجسيمات النانوية α - Mn2O3 للنشاط المضاد للبكتيريا والتحفيز الضوئي الفعال للضوء المرئي
Translated title (French)
Synthèse verte et caractérisation des nanoparticules α-Mn2O3 pour une activité antibactérienne et une photocatalyse efficace en lumière visible
Translated title (Spanish)
Síntesis verde y caracterización de nanopartículas de α-Mn2O3 para actividad antibacteriana y fotocatálisis eficiente con luz visible

Identifiers

Other
https://openalex.org/W4393055013
DOI
10.1038/s41598-024-56666-2

Is supplement to
https://openalex.org/W567365767 (Other)
https://openalex.org/W4313141746 (Other)
https://openalex.org/W4246223249 (Other)
https://openalex.org/W2866776206 (Other)
https://openalex.org/W2367149797 (Other)
https://openalex.org/W2186662526 (Other)
https://openalex.org/W2138582013 (Other)
https://openalex.org/W2088019915 (Other)
https://openalex.org/W2068932770 (Other)
https://openalex.org/W1988190999 (Other)

GreSIS Basics Section

Is Global South Knowledge
Yes
Country
Vietnam

References

  • https://openalex.org/W1123005014
  • https://openalex.org/W1989520001
  • https://openalex.org/W1990681348
  • https://openalex.org/W2003042754
  • https://openalex.org/W2004784451
  • https://openalex.org/W2018076118
  • https://openalex.org/W2032515875
  • https://openalex.org/W2034556419
  • https://openalex.org/W2040697085
  • https://openalex.org/W2050567835
  • https://openalex.org/W2059359906
  • https://openalex.org/W2074676408
  • https://openalex.org/W2119627388
  • https://openalex.org/W2740427394
  • https://openalex.org/W2747001756
  • https://openalex.org/W2751394564
  • https://openalex.org/W2792033875
  • https://openalex.org/W2938307277
  • https://openalex.org/W2943752639
  • https://openalex.org/W2971082333
  • https://openalex.org/W2987955926
  • https://openalex.org/W3000511175
  • https://openalex.org/W3005333561
  • https://openalex.org/W3017069776
  • https://openalex.org/W3024083423
  • https://openalex.org/W3027417999
  • https://openalex.org/W3038817047
  • https://openalex.org/W3082978078
  • https://openalex.org/W3086217482
  • https://openalex.org/W3095122520
  • https://openalex.org/W3114304817
  • https://openalex.org/W3131284582
  • https://openalex.org/W3210339357
  • https://openalex.org/W4205428818
  • https://openalex.org/W4220896444
  • https://openalex.org/W4280499986
  • https://openalex.org/W4293767331
  • https://openalex.org/W4319439778
  • https://openalex.org/W4380990231
  • https://openalex.org/W4385076623
  • https://openalex.org/W4385225190
  • https://openalex.org/W4388961509