Gümüş doplanmış bizmut vanadyum oksit nanoparçacıklarının yeşil sentezi ile biyolojik ve katalitik aktivitelerinin incelenmesi

Abstract

Bu çalışmada, sürdürülebilir ve çevre dostu bir yaklaşım olan yeşil sentez yöntemi kullanılarak, asma yaprağı (Vitis vinifera) ekstraktından saf bizmut vanadat (BiVO₄) ve gümüş katkılı (Ag@BiVO₄) nanoparçacıklar başarıyla sentezlenmiştir. Sentezlenen nanoparçacıkların yapısal, morfolojik ve kimyasal karakterizasyonu X-ışını kırınımı (XRD), X-ışını fotoelektron spektroskopisi (XPS), geçirimli elektron mikroskobu (TEM) ve taramalı elektron mikroskobu (SEM) teknikleri ile gerçekleştirilmiştir. XRD ve XPS analizleri, monoklinik şeelit yapısında ve yüksek kristaliniteye sahip BiVO₄ fazının yanı sıra, Ag@BiVO₄ yüzeyinde metalik Ag (Ag⁰) varlığını doğrulamıştır. TEM ve SEM görüntüleri, Ag nanoparçacıklarının BiVO₄ yüzeyine homojen dağıldığını ve hibrit yapının oluştuğunu göstermiştir. Nanoparçacıkların fonksiyonel performansları, antimikrobiyal aktivite ve katalitik indirgenme olmak üzere iki ana alanda incelenmiştir. Antimikrobiyal test sonuçları, saf BiVO₄'nin Aspergillus spp.'ye karşı standart antifungal Nistatin'den daha yüksek ve seçici bir inhibisyon (29, mm) sergilediğini, ancak test edilen bakterilere karşı etkisiz kaldığını ortaya koymuştur. Ag katkılaması ile bu profil dramatik bir şekilde değişmiş ve Ag@BiVO₄, hem Gram-pozitif (Staphylococcus aureus) hem de Gram-negatif (Escherichia coli) bakterilere karşı geniş spektrumlu ve etkin bir antibakteriyel aktivite (11,5-12,6 mm) göstermiştir. Katalitik performans, metilen mavisinin (MM) sodyum borhidrür (NaBH₄) ile indirgenmesi model reaksiyonu üzerinden değerlendirilmiştir. Ag@BiVO₄, saf BiVO₄'e kıyasla çok daha yüksek bir katalitik aktivite sergilemiş ve pseudo-birinci derece kinetik modele göre hesaplanan hız sabitinde yaklaşık 3,3 katlık bir artışa (0,1823 dk⁻¹) neden olmuştur. Bu belirgin artış, Ag ve BiVO₄ arasında oluşan heteroyapıdan kaynaklanan sinerjik etkiye ve gelişmiş elektron transfer kinetiğine bağlanmıştır. Anahtar Kelimeler: Yeşil sentez, BiVO₄, gümüş katkılama, hibrit nanoparçacık, antimikrobiyal aktivite, katalitik indirgenme, kinetik, sinerji

In this study, pure bismuth vanadate (BiVO₄) and silver-doped (Ag@BiVO₄) nanoparticles were successfully synthesized from grapevine leaf (Vitis vinifera) extract using a green synthesis method, a sustainable and environmentally friendly approach. The structural, morphological, and chemical characterization of the synthesized nanoparticles was performed using X-ray diffraction (XRD), X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), transmission electron microscopy (TEM), and scanning electron microscopy (SEM) techniques. XRD and XPS analyses confirmed the presence of metallic Ag (Ag⁰) on the Ag@BiVO₄ surface, as well as a monoclinic scheelite structure with high crystallinity in the BiVO₄ phase. TEM and SEM images showed that Ag nanoparticles were homogeneously distributed on the BiVO₄ surface and that a hybrid structure was formed. The functional performance of the nanoparticles was investigated in two main areas: antimicrobial activity and catalytic reduction. Antimicrobial test results revealed that pure BiVO₄ exhibited higher and more selective inhibition (29,3 mm) against Aspergillus spp. than the standard antifungal Nystatin, but was ineffective against the tested bacteria. This profile changed dramatically with Ag doping, and Ag@BiVO₄ demonstrated broad-spectrum and effective antibacterial activity (11,5-12,6 mm) against both Gram-positive (Staphylococcus aureus) and Gram-negative (Escherichia coli) bacteria. Catalytic performance was evaluated via a model reaction of methylene blue (MM) reduction with sodium borohydride (NaBH₄). Ag@BiVO₄ exhibited significantly higher catalytic activity compared to pure BiVO₄, resulting in an approximately 3,3-fold increase (0,1823 min⁻¹) in the rate constant calculated according to the pseudo first-order kinetic model. This marked increase was attributed to the synergistic effect and improved electron transfer kinetics arising from the heterostructure formed between Ag and BiVO₄. Keywords: Green synthesis, BiVO₄, silver doping, hybrid nanoparticles, antimicrobial activity, catalyticreduction, kinetics, synerg