当前世界环境

简介

纳米氧化锌和硫化镉掺杂薄膜因其广阔的应用前景而备受关注。它是光电应用的重要材料，具有高效的抗菌活性。^1、2

ZnO/CdS -NPs由于表面体积比大而表现出潜在的抗菌活性。在各种复合半导体中，氧化锌/CdS掺杂铁纳米粒子表现出了有趣的抗菌活性。ZnO/CdS NPs稳定，毒性较低，具有良好的抗菌性能。^3、6氧化锌纳米复合材料作为抗菌剂应用于医院的墙纸中。对ZnO/CdS-NPs的抑菌效果的研究，将从开发抗致病菌株的新型抗菌剂，拓展纳米技术的研究领域大肠杆菌，金黄色葡萄球菌，产气荚膜梭菌，铜绿假单胞菌，粪肠球菌，沙门氏菌。等等现在已成为最迫切的需求。^7、9

由于复合材料具有较大的带隙，引起了科学界的广泛关注。¹⁰

本文讨论了Fe掺杂制备复合氧化锌和硫化镉薄膜的研究进展，研究了薄膜的结构性能、表面形貌、光电性能和抗菌性能，并对薄膜的形态进行了水处理。

实验

材料

ZnO, CdS, ZnS, NaOH, CdCl₂和钠₂S被用于印度默克公司。所用的材料是高分析级的。

Fe掺杂复合zno/cds纳米粒子的合成

复合ZnO/CdS纳米颗粒中掺杂了0.5、1.0、1.5和2.0 wt%的铁。使用的化学物质是ZnS, NaOH, CdCl₂和钠₂搅拌12小时，直到溶液变为透明。洗完后，样品在热风烤箱中用酒精干燥，保持温度70⁰C，持续2小时。制备后将溶液加入玻璃衬底中，保持24小时粘附。¹¹

抗菌活性试验的准备

大肠杆菌(MTCC 739),金黄色葡萄球菌(mtcc - 740),克雷伯氏菌肺炎(MTCC 432)和铜绿假单胞菌(MTCC-424)用于抑菌效果研究。微生物培养物来自“微生物基因库”(MTCC)。细菌形成在-4°C。

用阱扩散法对未掺杂、铁掺杂ZnO/CdS NPs和UV掺杂ZnO/CdS NPs三种样品进行了抑菌研究。^12日,14日用棉签在该区域进行接种。在琼脂板上切割直径为6mm的孔，将复合ZnO/CdS纳米颗粒放置在孔中。为了优化阳性对照的活性，采用标准抗生素(四环素)。所有的盘子都被放在37室过夜⁰用高分辨率旅行显微镜测量抑菌直径。

结果与讨论

XRD的Rietveld细化分析

制备Fe掺杂ZnO/CdS纳米颗粒的x射线衍射(XRD)进行结构分析，并在标准电压40kv、电流30mA下保持衍射仪。衍射峰在2θ=31.73处得到⁰, 34.38⁰, 36.22⁰, 47.56⁰, 56.59⁰, 62.79⁰, 66.43⁰, 67.95⁰, 69.08⁰, 72.67⁰和77.05⁰．对衍射峰进行拟合，发现六方纤锌矿型结构。在2θ = 22.99处观察到峰值⁰, 26.5⁰, 29.15⁰, 44.81⁰和53.92⁰分别对应ZnO和CdS的六方相平面(1 0 0)、(0 0 2)、(1 0 1)、(1 1 0)和(1 1 2)。从XRD谱图中可以观察到Fe^{2 +}在不改变六方结构的情况下，离子在Cd和Zn的空位上被系统取代。由于应变的形成，衍射峰向更高的衍射角偏移。利用Debyee Scherrer方程，计算了平均晶粒尺寸。^15日16．粒径范围为8 ~ 12nm。

图1 Fe掺杂ZnO/CdS的XRD Rietveld细化谱。 点击这里查看图

的里特维德用标准数学函数拟合了fe掺杂ZnO/CdS纳米颗粒的细化图。^17、18结构分析与纯六方纤锌矿ZnO和CdS相吻合较好。从表中可以看出，由于应力的影响，掺杂浓度越高，晶格参数越低。

表1:角度校正。

数据名称	(一)	b (A)	c(一个)	α(度)	β(度)	γ(度)
铁掺杂氧化锌/ cd	3.29 (6)	3.294 (6)	5.27 (11)	90.000000	90.000000	120.000000

Rietveld精化分析给出了晶格常数变化的信息。点阵参数见表。c/a参数值为1.603，为紧密排列的六边形结构。

TEM结果分析

通过TEM分析(模型- JEM-100 CX II, Jeol)证实了Fe掺杂ZnO/CdS纳米颗粒的复合纳米颗粒变化。很明显，形成了不同的，分离的和均匀的尺寸，即单分散的纳米颗粒。Fe掺杂ZnO/CdS的纳米结构表明，样品的平均直径为40 nm，呈球形和六边形混合形态。

图2:ZnO/CdS纳米粒子(A)未掺杂(B) Fe掺杂后(C)一维Fe掺杂ZnO/CdS的SAED图。 点击这里查看图

图3:fe掺杂ZnO/CdS纳米复合材料的EDX光谱。 点击这里查看图

表2:fe掺杂ZnO/CdS纳米复合材料的元素分析。

水泥	行	导热系数	重量%	重量%σ	原子%
O	K -系列	1.353	9.02	1.08	33.06
如果	K -系列	1.000	1.47	0.35	2.06
年代	K -系列	1.069	9.86	0.94	6.07
菲	K -系列	2.363	4.87	0.83	3.42
锌	K -系列	3.907	48.07	1.70	38.73
Cd	K -系列	2.987	26.71	0．10	16.66
总计			One hundred.

从图和表的数据分析可知，样品中含有S、Fe、Zn和Cd，且仅识别出目标元素，未发现任何杂质。从以上研究发现，Fe的掺杂对复合纳米结构的尺寸和性能起着至关重要的作用。

SEM分析结果

利用SEM (JSM-6360) (JEOL)电子显微镜研究了掺杂和未掺杂Fe的ZnO/CdS复合NPs的形貌。如图4A所示，SEM分析证实了粒径范围为22- 40nm，这明确表明ZnO/CdS纳米颗粒的形成。图4 (A)显示了自聚合的新粒子的形成。

图4(B)为fe掺杂3.0 wt%时ZnO/CdS NPs的随机分布。平均尺寸在37到42纳米之间。SEM分析发现，掺杂浓度改变了颗粒尺寸。

图4:ZnO/CdS纳米颗粒(A)未掺杂(B) 3.0 wt% fe掺杂ZnO/CdS的SEM图像。 点击这里查看图

紫外光谱分析

紫外-可见光谱记录在300 ~ 800 nm范围内，如图5所示。对于掺杂Fe的ZnO/ cds材料，其光带隙值为3.83 ~ 4.1 eV。同时发现，掺杂越高，带隙越小。表格显示了变化情况。Fe的掺入引起的晶格失配的变化^{2 +}ZnO/CdS基质的存在可能是导致带隙变化的原因。^19、20

吸收光谱在360、406、465和670 nm处显示出4个特征波段，这是由于从一个波段过渡到另一个波段。带的位置确定了铁的特征^{2 +}兴奋剂。

图5 Fe掺杂ZnO/CdS纳米粒子的紫外可见吸收光谱。 点击这里查看图

图6 Fe掺杂不同比例ZnO /CdS的能带能。 点击这里查看图

从吸收光谱可以看出可能的跃迁(αh?)²与h ?通过直线外推计算了带隙。利用公式1建立的光学模型计算了带隙的位移

E_gn= [E²_gb+ 2吗?²E_gb(π/ R)²/ m *]^1／2——(1)

其中m*是复合材料的平均有效质量，E_gb平均体积带隙和E_gn为估计的带隙能。用超带模型(hyperband Model, HBM)估算了随带隙能变化的粒子尺寸^{2 +}带隙增大，粒径随HBM增大而减小。粒径范围为4 ~ 9 nm。^21日,25

抗菌试验

研究了Fe掺杂ZnO/CdS复合纳米颗粒对水中致病菌的抑菌活性。用高分辨旅行显微镜测定抑菌面积。以浓度为1mg/ml的四环素作为对照抗菌剂。结果如表2所示，Fe掺杂的ZnO/CdS纳米颗粒具有有效的带抑制作用。²⁶

表3:Fe掺杂ZnO/CdS纳米粒子对标准抗生素菌株的抗菌效果。

菌株	抑制区(直径以纳米为单位)			Tetracyclin (1 mgml1)
	Fe掺杂ZnO/CdS纳米颗粒			100μl
	50μl	80μl	100μl
大肠杆菌	6±0.12	10±0.13	18±0.11	35±0.11
K.pneumonia	9±0.09	11±0.18	20±0.13	32±0.12
P.aeruginosa	3±0.13	8±0.16	17±0.09	31日±0.11
金黄色葡萄球菌	6±0.09	12±0.11	20±0.09	34±0.13

结论

采用化学方法成功合成了Fe掺杂ZnO/CdS纳米复合材料。制备的样品由混合相组成。因为Fe的半径不匹配^{2 +}和锌^{2 +}/ Cd^{2 +}离子，衍射峰移位在主要特征峰的XRD图谱。计算了不同Fe和ZnO/CdS组分的带隙，观察到带隙在3.83 ~ 4.1 eV之间的变化。四个光谱峰表明了不同的跃迁。结果改进了水净化方法，包括去除水中的污染物和破坏或固定有毒化合物和病原体。由于形状起着重要作用，我们只考虑了TEM结果中球形的形状，也依赖于界面，因此在不同的范围内得到了纳米颗粒的尺寸。

确认

作者要感谢NIT Nagaland提供的XRD设备。我们也要感谢DBT明星学院计划和ASTEC通过重大项目提供的资金支持。

资金来源

本工作是DBT明星学院计划文件编号BT/HRD/11/01/2020和ASTEC文件编号ASTEC/S&T/192(155)/12-13/3932的财政支持的一部分。

的利益冲突

作者声明无利益冲突。

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