Enhanced antibacterial effect with MgO nanoplates: Role of oxygen vacancy and alkalinity

煅烧 碱度 氧气 材料科学 纳米材料 化学工程 吸附 无机化学 催化作用 纳米技术 化学 有机化学 工程类
作者
Xiaoyi Li,Hongyan Liu,Yongmei He,Zuran Li,Fangdong Zhan,Yuan Li,Jiao Zhao
出处
期刊:Ceramics International [Elsevier BV]
卷期号:50 (21): 42877-42885 被引量:9
标识
DOI:10.1016/j.ceramint.2024.08.133
摘要

The rational design of MgO nanomaterials with rich oxygen vacancies has garnered significant attention. However, the influence of oxygen vacancies and alkalinity on the generation and stability of active oxygen, particularly regarding the antibacterial activity of MgO nanomaterials, remains uncertain. In this work, the defective MgO nanoplates with adjustable oxygen vacancy and alkalinity were successfully designed by thermal treatment in different atmospheres (air, vacuum, and N2). MgO nanoplates calcined in N2 atmosphere exhibited superior antibacterial activity against Escherichia coli (ATCC 25922), reducing colony counts from 571.5 to 53.5 CFU/mL at 750 μg/mL compared with MgO nanoplates calcined in air. At a low concentration (100 μg/mL), MgO nanoplates calcined in N2 atmosphere exhibited remarkable antibacterial performance, achieving a colony survival ratio of only 6.8 %. This enhanced performance was correlated with a higher oxygen vacancy (OA) content (51.3 %) in MgO nanoplates calcined in N2 compared to those calcined in air (26.5 %). Advanced characterization techniques and alkalinity measurements revealed that calcination in a N2 atmosphere promoted oxygen vacancy formation on the MgO surface, accelerated MgO surface hydrolysis owing to oxygen vacancies, and increased OH− production. Consequently, this process enhances the participation of adsorbed oxygen in surface reaction, leading to the increased generation and stability of active oxygen in an alkaline environment. These findings provide valuable insights into the design of oxygen vacancies and offer a potential approach for constructing highly antibacterial nanomaterials. Such materials could find applications in personal protection and public health.
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