Enhanced structural, optical and antibacterial properties of ZnO doped TiO2 composites

Abstract

Günlük yaşamda bakteriyel enfeksiyonlar insan sağlığı için yaygın bir sorundur. Bu nedenle araştırmacılar, antibakteriyel enfeksiyonları ve çevresel kirleticileri önlemek için değerli materyaller arıyorlar. İnce film, fotokatalitik ve biyolojik aktivite için iyi bilinen bir uygulamadır. Bu nedenle, ince film oluşumu, nano boyutlu kalınlığı ve geliştirilmiş tek katmanlı veya çok katmanlı yapısı nedeniyle bu sorunların üstesinden gelmek için mükemmel bir yoldur. İnce film üretimi için en yaygın malzeme titanyum oksittir (TiO2). Yapısal ve optik özellikler gibi ince filmlerin etkinliğini arttırmak için çeşitli özelliklere sahiptir. Bununla birlikte, saf TiO2'nin tek kullanımı bu problemlerde bazı sınırlamalara sahiptir. Bu nedenle, bu sınırlamaların üstesinden gelmek için yeni tekniklerin uygulanması gerekir ve buna doping denir. Doping, gelişmiş işlevsellik sağlamak için malzeme özelliklerini manipüle etmek için standart bir yöntemdir. Bu nedenle, iyi bant aralığı enerjisi ve yüksek elektron aktivitesi nedeniyle ZnO katkı maddesi olarak seçilmiştir. Böylece, bu tez temel olarak saf TiO2 ve ZnO katkılı TiO2'nin antibakteriyel, yapısal ve optik aktivite farklılıklarına odaklanmıştır. Diğer farklı ince film biriktirme yöntemleri içinde, oda sıcaklığında sürecin kolay ilerlemesi, düşük maliyeti ve homojenlik özellikleri nedeniyle bu araştırmada sol-jel yöntemi kullanılmıştır. UV-vis spektrofotometre (Labomed Spectro 22), 190–1100 nm dalga boyu spektral aralığında optik analiz için kullanılmıştır. Homojenliği ve parçacık boyutunu içeren yapısal farklılıklar, X-ışını difraktometresi (XRD, Philips PW-1800) tarafından belirlenmiştir. ISO 22196 protokolü standardına göre gram pozitif "Staphylococcus aureus" ve gram negatif "Escherichia coli"ye karşı saf ve katkılı TiO2 ince filmlerin antibakteriyel aktivitesi analiz edilmiştir. Sonuç olarak, XRD ve UV-vis spektrofotometre ölçümleri, katkı maddesi ZnO'nun saf TiO2'nin bant aralığı enerjisini verimli bir şekilde arttırdığını ve ZTA-B-R (5-10) konsantrasyonu aralığında dağılabilirlik ve homojenlik arasındaki korelasyonun sağlandığını göstermiştir

In daily life, bacterial infections are common issues for human health. Thus, researchers are searching for valuable materials to prevent antibacterial infections and environmental pollutants. Thin film is a well-known application for photocatalytic and biological activity. Hence, thin-film formation is an excellent way to overcome these problems due to its nanosize thickness and enhanced monolayer or a multilayered structure. The most common material for the production of a thin film is titanium oxide (TiO2). It has various traits to enhance the activity of thin films, such as structural and optical properties. However, single usage of pure TiO2 has some limitations over these problems. Therefore, new techniques need to be implemented to overcome these limitations, and it is called doping. Doping is a standard method for manipulating material properties to provide enhanced functionality. Thus, ZnO was selected as a dopant due to its good bandgap energy and high electron activity. Therefore, this thesis mainly focused on the antibacterial, structural, and optical activity differences of pure TiO2 and ZnO doped TiO2. Within several different thin film deposition methods, the sol-gel method was used in this research due to its easy progression at room temperature, low cost, and homogeneity traits. UV-vis spectrophotometer (Labomed Spectro 22) was used for optical analysis in the spectral range of 190–1100 nm wavelengths. Structural differences include homogeneity and particle size were determined by an X-ray diffractometer (XRD, Philips PW-1800). Antibacterial activity of pure and doped TiO2 thin films was analyzed by the standard of ISO 22196 protocol against gram-positive "Staphylococcus aureus" and gram-negative "Escherichia coli". As a result, XRD and UV-vis spectrophotometer measurements show that our dopant ZnO efficiently enhances the bandgap energy of pure TiO2, and the correlation between dispersibility and homogeneity was achieved in the concentration range of ZTA-B-R (5-10).