Verbeterde kleurstofafbraak & antibacteriële prestaties van grafene-oxide-gedopte MgO-nanostructuren

Samenvatting

Verschillende concentraties (0,01, 0,03 en 0,05 gewichtsverhoudingen) van grafene-oxide (GO) nanovellen zijn gedopte in magnesiumoxide (MgO) nanostructuren via chemische neerslagtechniek. Het doel was om het effect van GO-dopantconcentraties op het katalytische en antibacteriële gedrag van een vast bedrag MgO te bestuderen. XRD-techniek onthulde kubieke fase van MgO, terwijl de kristallijne aard bevestigd werd door SAED-profielen. De aanwezigheid van functionele groepen en Mg-O (443 cm⁻¹) in vingerafdrukregio was duidelijk met FTIR-spectroscopie. Optische eigenschappen werden vastgelegd via UV-zichtbare spectroscopie met rode verschuiving wijzend op een afname in bandgaatenergie van 5,0 tot 4,8 eV bij doping. Elektron-gat recombinatiegedrag werd onderzocht door fotoluminescentie (PL) spectroscopie. Ramanspectra vertoonden D-band (1338 cm⁻¹) en G-band (1598 cm⁻¹) als bewijs van GO-doping. Vorming van nanostructuur met kubieke en hexagonale morfologie werd bevestigd met TEM, terwijl interlaag gemiddelde d-afstand van 0,23 nm beoordeeld werd met HR-TEM. Dopanten bestaan en evaluatie van elementaire samenstelling Mg, O werden bevestigd met EDS-techniek. Katalytische activiteit tegen methylblauw ciprofloxacine (MBCF) was significant verminderd (45%) voor hogere GO-dopantconcentratie (0,05), terwijl bacteriedodende activiteit van MgO tegen E. coli significant verbeterd was (4,85 mm inhibitiezone) bij doping met hogere concentratie (0,05) van GO, ten gevolge van de vorming van nanostaven.

Inleiding

Water is de meest essentiële component voor het overleven van levende wezens. Grootschalige industrialisatie en toenemende opwarming van de aarde met het verloop van tijd doen het schone waterpeil snel dalen. De aardoppervlakte is bedekt met 71% water waar rivieren, meren en zoet grondwater slechts 0,03% van het totale water uitmaken, wat nuttig geacht wordt voor drinken. 2,5% van water is geschikt voor consumptie, terwijl de rest van de 97,5% zout water is; daarom is zoetwatervoorziening tekort ten opzichte van hoge vraag. Ongeveer 750 miljoen bevolking van de aardbol zit met schone watertekort en een toegenomen aantal microverontreinigingen in water zijn gevaarlijk voor het ecosysteem. De wereld staat voor catastrofale gevolgen veroorzaakt door milieu- en waterverontreiniging. Industrieën zijn de hoofd bron van waterverontreiniging door afgedane afvalwater geïnjiceerd met schadelijke en potentieel giftige verbindingen. Verschillende industrieën zoals textiel, papierprinten en voedingsmiddelenindustrie gebruiken aromatische verbindingen die gemakkelijk in water oplossen wat waterverontreiniging en gezondheidsrisico's veroorzaakt. Snelle industrialisatie en urbanisatie hebben significante milieverontreiniging veroorzaakt door zware metalen die persistent zijn in het milieu. Nadelige blootstelling aan zware metalen in het milieu is een ernstig gevaar voor levende wezens. Volgens WHO zijn de maximaal toelaatbare grenzen van metalen in water bijvoorbeeld: ijzer (0,1 mg/L), calcium (75 mg/L), magnesium (50 mg/L), koper (1 mg/L) en lood (0,05 mg/L). USEPA rapporteerde toxiciteitsprofiel van zware metalen waaronder lood (hersenschade/dodelijk), cadmium (nierenschade) en chroom (ademhalingsproblemen). Giftige kleurstoffen bedreigen aquatisch leven door zonlicht te blokkeren wat nodig is voor de groei van levende organismen. Aquatische soorten consumeren deze giftige kleurstoffen terwijl deze soorten op hun beurt door mensen gegeten worden wat hun gezondheid schaadt.

Verschillende traditionele benaderingen voor het extraheren van kleurstoffen uit afvalwater zijn voorgesteld, waaronder verdamping, oplosmiddel extractie, coagulatie, ionenuitwisseling, membraanscheiding, fysieke, chemische en biologische technieken. Het grootste probleem is dat deze conventionele behandelingstechnieken duur zijn op grootschalig niveau. In dit licht hebben onderzoekers diverse adsorptiematerialen ontwikkeld zoals zeoliet, geactiveerd koolstof, koolstofnanobuizen, polymeren en grafeenmaterialen. Adsorptiemethode wordt uitgebreid gebruikt in afvalwaterbehandeling om reactieve kleurstoffen af te breken. Een goede kleurstofbehandeling, zoals adsorptie en katalytische afbraak, worden voorgesteld voor kleurstofverwijdering om de levenskwaliteit te verbeteren. Adsorptie is kosteneffectief, maar katalysatorherwinning is nog steeds een probleem dat gevaarlijke materialen kan produceren. Katalytische afbraak is iets duurder; het is echter relatief simpel en heeft het voordeel van herbruikbaarheid. Talrijke oxide halfgeleiders (TiO₂, ZnO, MgO, Fe₂O₃ en WO₃) zijn uitgebreid gerapporteerd als katalysatoren voor organische kleurstofafbraak vanwege hun hoge chemische stabiliteit, giftvrije aard, hoge activiteit en kostenvoordeel.

Onder deze is niet-giftige en kosteneffectieve MgO effectief gebleken in de gebieden van adsorptie, katalyse voor vervuild water, supergeleidende producten en antibacteriële materialen. De afgelopen jaren zijn diverse nanostructuren van MgO, bevattende nanodeeltjes, nanobloemen en nanovellen met succes geproduceerd. Recentelijk heeft MgO met een grote bandgaat van 7,8 eV veel belangstelling gewekt vanwege unieke eigenschappen: optisch, elektronisch en magnetisch. Breed erkend is dat puntdefecten in kristallen zoals zuurstofvacatures [V_o (d.w.z. F⁺-type centrum, F⁺ centrum, of F_c)] de materiaalefficiëntie in blote MgO-vaste stoffen kunnen veranderen. Daarnaast heeft MgO een lagere dichtheid vergeleken met andere metaaloxiden inclusief koperoxide, zinkoxide en ijzeroxide. MgO is een alcalijnaardmetaaloxide met een hoge pH van nul lading, oppervlakte ∼250–300 m²/g, en zetapotentieel van ongeveer −29,89 mV. Onderzoek heeft aangetoond dat zowel deeltjesgrootte als specifieke oppervlakte cruciale factoren zijn die de adsorptieprestaties beïnvloeden. Daarom worden de oppervlakte-eigenschappen van de resulterende producten significant beïnvloed door de calcinatietemperatuur tijdens synthese. Niet-giftig MgO bezit verbeterde organische toepassingen als antibacterieel middel voor maagbrandverlichting en botregeneratie vergeleken met andere Mg-verbindingen zoals bevestigd door U.S. Food and Drug Administration (21CFR184.1431).

In het afgelopen decennium is dik vel koolstof-gebaseerd materiaal grafene-oxide (GO) uitgebreid bestudeerd voor verschillende toepassingen. Tweedimensionale GO-nanomaterialen tonen enorme elektronenmobiliteit, sterke chemische stabiliteit, wijd oppervlakte en hoge thermische geleidbaarheid. Chemische afgeleide van grafeen is GO met oppervlakte van ongeveer 736,6 m²/g (theoretisch) en zetapotentieelwaarde van −113,77 mV bevattende epoxide, carboksylerende en hydroxyle groepen. Deze functionele groepen resulteren in een negatieve lading, en hydrofiliteit en produceren gemakkelijk GO-dispersie in waterige oplossing om een stabiele suspensie te bouwen.

Verder hebben diverse studies gekeken naar textielkleurstofafbraak voor MgO, waar MgO bereid was via thermische decompositie en gebruikt voor methylene blauw afbraak. 90% van deze kleurstof was afgebroken na 180 min. Ook werd MgO bereid via een sol-gel methode met 15–25 nm deeltjesgrootte, voor eliminatie van 98,3% van kleurstof in afvalwater na 300 min. Het doel in deze studie is om de invloed van GO-dopant op MgO te controleren, voor welke diverse gewichtsverhoudingen (0, 0,01, 0,03 en 0,05) van GO in MgO gedopte werden via chemische neerslagmethode. Effecten van dopant GO op verschillende kenmerken van MgO zoals structurele, morfologische en chemische samenstelling in katalyse en antibacteriële actie werden bestudeerd. Aan de andere kant is de motivatie achter het gebruik van deze nanocomposieten om het significante gebruik van plasmonische nanomaterialen te verkennen om de antimicrobiële en katalytische activiteit van metaaloxiden te verbeteren.

Experimentele Sectie

Materialen

Magnesiumchloride (MgCl₂·6H₂O, 99%), natriumnitraat (NaNO₃, 98%) en natriumhydroxide (NaOH, 98%) zijn aangeschaft bij Sigma Aldrich. Grafietpoeder (99,5%), zwavelzuur (H₂SO₄) en kaliumpermanganaat (KMnO₄, 99,5%) zijn aangeschaft bij Analar.

Synthese van Magnesiumoxide en Grafene-oxide

Volgens de natte chemische co-neerslagstrategie werd GO-gedopte MgO bereid. De gemodificeerde Hummer-methode werd gebruikt in de bereiding van GO. Om MgO te bereiden, werd gewenst bedrag MgCl₂·6H₂O (0,5 M) geroerd in 50 mL gedemineraliseerd water (DI water) op een hitteplaat. De pH van de geroerde oplossing werd gehandhaafd op 12 met NaOH (0,1 M), wat 4 uur geroerd werd bij 80 °C. De geroerde oplossing werd gecentrifugeerd bij 3500 rpm gedurende 15 min; het supernatans werd verzameld en gedroogd bij 120 °C gedurende 24 uur in de oven. Het verzamelde poeder werd gemalen met mortel en pestel om fijn poeder van ongedopte en GO (0,01, 0,03 en 0,05) gedopte MgO te verkrijgen. Het schematische diagram van GO-gedopte MgO bereiding wordt getoond in Fig. 1.

Katalyse

Katalytische activiteit van GO-gedopte MgO nanostructuren werd getest tegen 3 mL MBCF (methylblauw ciprofloxacine) gemengd in 400 μL vers bereide NaBH₄ (reducerend agent). NaOH en H₂SO₄ (400 μL) werden toegevoegd om basische en zuurachtige aard van de oplossing te verkrijgen, respectievelijk. Daarna werd 400 μL gedopte MgO toegevoegd in basische oplossing van reducerend agent. Later begon de blauwe kleur van de bereide kleurstof (MBCF) te vervagen wat wijst op kleurstofafbraak van MBCF in Leuco-MBCF (kleurloos). Monsters ontvangen uit vervaagde oplossing op verschillende intervallen werden vastgelegd met UV-Vis spectrophotometer in 200–800 nm bereik zoals getoond in Fig. 2.

Isolatie en Identificatie van S. aureus en E. coli

Monsters van mastitis positieve schapenmelk werden opgehaald uit veel dierenartsenklinieken en boerderijen in Punjab en gekweekt op schapenbloedagar (SBA) 5%. Over nacht bij 37 °C werden culturele monsters geïncubeerd. Gescheiden bacteriële isolaten werden gezuiverd door uitstreken op MacConkey en mannitol zout agar (MA en MSA) in drietal met ~ pH 7, respectievelijk. Validatie van standaard kolonies liep via gramkleuring en biochemische analyse (nl. katalase en coagulase tests).

Antibacteriële Activiteit

Antibacterieel gedrag van gesynthetiseerd materiaal werd beoordeeld door putdiffusieproef met afstrijken van 0,5 McFarland van geïsoleerde E. coli en S. aureus bacteriestammen op MA en MSA, respectievelijk. Een steriele kurkboorder werd gebruikt om putten met een diameter van 6 mm op de MA en MSA platen te vormen en duidelijke concentraties van zuivere en gedopte MgO (0,5 en 1,0 mg/0,5 mL) werden in elke put geladen als minimum en maximum dosis in vergelijking met ciprofloxacine (0,005 mg/0,5 mL) en DI water (0,55 mL) als positieve en negatieve controles, respectievelijk, onder aseptische condities. Na een overnachting incubatie bij 37 °C, werd antimicrobiële effectiviteit bereikt door inhibitiegebieden in millimeters (mm) te berekenen met de schuifmaat.

Statistische Analyse

Een eenrichtings variantieanalyse (ANOVA) met SPSS 20 werd gebruikt om antimicrobiële effectiviteit te schatten in termen van inhibitiezone scores (mm).

Materialen Karakterisering

Om de kristalstructuur en fasen in de bereide producten te identificeren, werden de monsters beoordeeld door Röntgendiffractometer (model: PAN Analytical Xpert-PRO) met Cu-Kα straling (λ = 1,540 Å) en 2θ waarden van 10° tot 85°. Bestudering van gehechte functionele groepen werd verkregen via FTIR (Perkin Elmer spectrometer) gebruikt in 4000–400 cm⁻¹ bereik. Absorptiespectra werden opgenomen met UV-Vis spectrophotometer (Genesys 10S) in het 200–700 nm bereik, terwijl met een spectrofluorometer (JASCO, FP-8300) fotoluminescentie (PL) spectroscopie werd uitgevoerd. Ramanspectra zijn gemeten met DXR Raman microscoop (Thermo Scientific) met laser gebaseerd op λ = 532 nm (6 mV). Elementaire samenstelling werd verkregen via SEM-EDS met INCA EDS software, terwijl d-afstand gevisualiseerd werd met behulp van hoge-resolutie transmissie-elektronenmicroscoop (HR-TEM model JEOL JEM 2100F).

Resultaten en Discussie

XRD van MgO en GO-gedopte MgO werd uitgevoerd om de kristalstructuur, grootte en fase samenstelling te identificeren in Fig. 3a. Waargenomen pieken bij 2θ° = 37°, 43,10°, 62,5°, 74,7° en 78,8° waren in overeenstemming met (111), (200), (220), (311) en (222) vlakken bevestigend dat MgO kubieke structuur had die overeenkwam met (JCPDS 75-1525). Bij doping waren diffractiepieken identiek wijzend op de kleine inhoud van gebruikte dopant GO, wat niet detecteerbaar was. Gemiddelde kristalgrgrootte werd berekend van diffractiepieken met de Debye-Scherrer vergelijking, wat 13,28 nm bleek te zijn. Berekende d-afstand (0,21 nm) werd toegeschreven aan (200) roostervlak van kubieke MgO. Geselecteerd gebied elektrondiffractie (SAED) patronen van de monsters gaven de kristallijne aard van MgO aan (Fig. 3b–d). De heldere plek van de concentrische ringen correleerde goed met de XRD-vlakken van MgO.

Om de gehechte functionele groepen van gedopte MgO te onderzoeken, werd FTIR bediend in het golfgetalbereik van 4000 tot 400 cm⁻¹ zoals geïllustreerd in Fig. 3e. Transmissiepiek rond 3699 cm⁻¹ in gedopte MgO werd toegeschreven aan karakteristieke rektrilling van hydroxyle groepen (alcohol) verkregen door reactie tussen MgO-oppervlak en waterdampen in lucht. De reductie in piekintensiteit met de introductie van GO werd waargenomen, wat toegeschreven wordt aan dopantvellen omwikkeld rond MgO. De band gevonden op 1450 cm⁻¹ was gerelateerd aan asymmetrische rektrillingen van carbonaationen (C-O), terwijl de corresponderende buigtrilling pieken werden opgemerkt bij ~865 en ~867 cm⁻¹. Echter, afname in intensiteit van voormelde banden werd waargenomen voor GO-gedopte MgO monster. Band gevonden rond 443 cm⁻¹ toont de aanwezigheid van Mg-O gekarakteriseerde rektrilling.

Absorptiespectra van dopant-vrije en gedopte MgO werden verzameld van 220 tot 700 nm bereik (Fig. 4a). Bandabsorptie voor MgO gevonden bij ~250 en ~320 nm kan worden onderschreven aan zuurstofvacatures (F en F₂²⁺) centra, respectievelijk. Bij een excitatie λ = 250 nm, is F centrum foto-ionisatieproces betrokken, geleid door de vergelijking F + hυ ↔ F⁺ + e. Absorptiepiek van GO werd gevonden rond 230 nm wat kan worden toegewezen aan π–π* overgangen van C=C in het amorfe koolstofsysteem, bij doping nam absorptie toe vergezeld van rode verschuiving. Bandgaat nam iets af (5,0–4,8 eV) met toenemende hoeveelheid GO in vast bedrag MgO zoals afgebeeld in Fig. 4b. Deze rode verschuiving suggereert morfologische effecten op kristallen met talloze actieve plaatsen of kwantuminsperringseffect.

Figuur 4c onthult PL-emissiespectra van gedopte MgO gemeten variërend van 377 tot 500 nm met een excitatie λ van 350 nm. Om de recombinatie-efficiëntie van ladingdragers (migratie) en effectiviteit van vangen te bepalen, werd PL gebruikt. PL-emissiepiek op 414 nm resulteert uit defectband-overgang door energieniveaus geproduceerd met diverse F (zuurstof-ion vacature) type anionvacatures. PL-emissie van GO is meestal toe te schrijven aan elektron-gat recombinatie van aangrenzende begrensde elektronische toestanden tot wijd-bereik valentieband (VB) en bodem van geleidingsband (CB). In atoomsstructuur genereert emissie voornamelijk uit elektronische overgangen tussen de niet-geoxideerde koolstofregio (–C=C–) en rand van geoxideerde koolstofatoomregio (C-O, C=O en O=C-OH). GO-MgO pieken onthulden blauwe verschuiving en vertoonden lage intensiteit, wat een verlaagde recombinatiesnelheid aangeeft die kan zijn door overdracht van elektron van hoger energieniveau naar nieuw gegenereerde toestanden.

Oppervlaktestructuur en wanorde van geproduceerde monsters werden geanalyseerd via Ramanspectroscopie zoals gepresenteerd in Fig. 4d. Het controlemonster spectrum van Raman toonde geen karakteristieke piek in 100–1600 cm⁻¹ regio, wat lage fononen van MgO verstrooiingsintensiteit suggereert. In het geval van gedopte monsters, banden gelegen rond 1338 cm⁻¹ (D-band) en 1598 cm⁻¹ (G-band) bevestigden aanwezigheid van GO in het monster. D-band wordt toegewezen aan defect in sp³ koolstof (C) atomen en G-band ontstaat uit E_2g fononverstrooiing (1e orde verstrooiing) van sp² C atomen. Intensiteitsverhoging van D en G pieken wordt verkregen met verhoogde dopingsconcentratie. Bovendien gaf intensiteitsverhouding (I_D/I_G) van D en G band de wanordegraad van sp² C domeinen aan.

Om de kristalstructuur en morfologie van gedopte MgO te bevestigen, werd HR-TEM ingezet (Fig. 5). HRTEM-beeld (5a) van dopant-vrij monster heeft geagglomereerde hexagonvormige nanostructuur. Met incorporatie van GO, werden hexagonale morfologie van nanostructuur samengevoegd met GO-nanovellen en vorming van staafachtige structuur in aanwezigheid van hexagonen waargenomen. De aggregatie nam toe met toenemende hoeveelheid dopant in MgO waar staven en hexagonale morfologie van nanostructuren werden gevonden. Het is opmerkelijk dat de diameter van hexagonale nanostructuur afnam met hogere concentratie van GO wat de interactie tussen MgO en GO bevestigt.

Interlaag d-afstand werd gemeten met HR-TEM beelden met Gatan software zoals geïllustreerd in Fig. 6a–d. De d-afstand waarden voor diverse concentraties (0:1, 0,01:1, 0,03:1 en 0,05:1) van GO-gedopte MgO werden berekend als 0,250, 0,240, 0,20 en 0,24 nm, respectievelijk, toegewezen aan (200) vlak van MgO (Fig. 6a–d) gesynchroniseerd met XRD-resultaten. Bovendien is verandering in d-afstand waarden toegeschreven aan GO-doping in MgO roosters.

SEM-EDS analyse onthulde gedetailleerde informatie over monsteroppervlak met betrekking tot elementaire samenstelling. EDS-spectra van MgO en diverse verhoudingen (0,01:1, 0,03:1 en 0,05:1) van GO in MgO worden uitgedrukt in Fig. 7a–d, respectievelijk. De aanwezigheid van magnesium (Mg) en zuurstof (O) gedetecteerd in Fig. 7a zijn bevestiging voor MgO-vorming. Koolstof (C) piek werd toegeschreven aan GO-nanovellen, terwijl Na elementaire piek in monsters waargenomen werd door gebruik van NaOH tijdens syntheseproces om pH te handhaven.

Om de katalytische activiteit van GO-gedopte MgO te testen, werden UV-Vis absorptiespectra verkregen bij referentiemonster afbraak (MBCF) gebruikt. Reducerend vermogen van NaBH₄ met MBCF was niet significant beïnvloed na 200 min zoals gedemonstreerd in Fig. 8a–d. In neutrale conditie, MBCF (3 mL) oplossing toegevoegd in 400 μL NaBH₄ en 3 mL monsters binnen 180–160 min toonde beperkte reductie (4,8% afbraak) voor ongedopte en gedopte monsters. Bovendien resulteerde basische activiteit voor monsters (0:1, 0,01:1, 0,03:1, 0,05:1) in 11, 3,5, 12, 26% afbraak in 3 min, respectievelijk (Fig. 8a–d). Hoogste katalytische functie werd verkregen in zuurachtige oplossing met hogere concentratie (0,05) van GO in MgO nanostructuren die 45% afbraak in 1 min toonde zoals afgebeeld in Fig. 8d.

Tijdens katalyse, reductie in MBCF in aanwezigheid van NaBH₄, fungeren gesynthetiseerde materialen als elektron-relais zodanig dat overdracht van elektron van BH₄⁻ ionen (donor) naar MBCF (acceptor) resulteert in reductie van kleurstof. Overvloedige actieve plaatsen van nanostructuren versterkten adsorptie voor BH₄⁻ ionen en kleurstofmoleculen om met elkaar te reageren. Oplossing pH beïnvloedt ook prestaties van afbraak. Voor zuurachtig medium (H₂SO₄), verbeterde katalytische activiteit wat toegeschreven wordt aan verhoogde generatie van H⁺ ionen aangeboden om geadsorbeerd te worden op het oppervlak van nanostructuur. Bij toevoeging van NaOH voor basisch medium, neemt het aantal hydroxyle groepen toe wat leidt tot oxidatie van gereduceerde producten en afname in katalytische activiteit. Resultaten toonden aan dat kleurstofafbraak door nanostructuren onder zuurachtig medium veel hoger was vergeleken met basische conditie.

De in vitro antibacteriële effectiviteit van zuivere en GO-gedopte MgO werd uitgevoerd tegen G−ve en G+ve isolaten door putdiffusieproef (Tabel 1). Resultaten toonden verbeterde microbicide actie en synergisme van GO-MgO voor E. coli in vergelijking met S. aureus, zie Tabel 1. Significante (p < 0,05) inhibitiegebieden werden vastgelegd als (1,55–4,75 mm) en (2,10–4,85 mm) voor E. coli bij minimum en maximum dosis, respectievelijk, en (1,30–4,00 mm) voor S. aureus bij hoge dosis. Alle concentraties toonden nul antibacteriële effectiviteit voor S. aureus bij lage dosis. Resultatenvergleich liep met −ve controle DI water (0 mm) en +ve controle ciprofloxacine (7,15 mm) en (11,25 mm) inhibitiegebieden voor E. coli en S. aureus, respectievelijk.

Over het algemeen onthulden gedopte nanostructuren nul bactericide activiteit tegen G+ve in lage dosis, terwijl effectiviteit tegen G−ve substantieel was (p < 0,05) ten opzichte van G+ve in gedopte inhoud.

De oxidatieve stress van ingenieursnanostructuren berust op diverse factoren zoals vorm, grootte en concentratie van nanodeeltjes die een belangrijke rol spelen in antibacteriële actie. Kleine nano-gemateriaal produceren efficiënt reactieve zuurstofsoorten (ROS) wat schade aan bacteriële celmembraan en uitschuiving van cytoplasma veroorzaakt, resulterend in barsting van bacteriën. Ten tweede, significante nanomateriaal cationische interferentie met negatieve bacteriële celmembraanfragmenten resulteert in instorting. Antibacteriële activiteit van MgO-nanodeeltje verbeterd tegen E. coli, wat te wijten was aan de generatie van een grote hoeveelheid O₂⁻ en mogelijk lipidperoxidatie en ROS. In dopantmonster, nam antibacteriële activiteit toe door toenemende GO-concentratie.

Conclusie

In het huidige werk zijn GO-gedopte MgO nanostructuren met succes gesynthetiseerd via chemische neerslagroute. De kubieke structuur van MgO werd waargenomen met XRD-techniek en bevestigd met HRTEM. Moleculaire binding van Mg-O met diverse functionele groepen en karakteristieke transmissiepieken van MgO rond 443 cm⁻¹ in vingerafdrukregio werden vastgelegd met FTIR. De absorptie nam toe bij doping, wat rode verschuiving introduceerde bij hogere concentraties van GO. Berekende bandgaat met Tauc-plot uit absorptiespectra van gedopte MgO bleek 4,8 eV (hoge concentratie) ten opzichte van MgO (5,0 eV) toegeschreven aan rode verschuiving in absorptie bij doping. Kubieke en hexagonale morfologie van nanostructuren werd waargenomen in MgO en groei van staafachtige structuren werd waargenomen bij doping met een afname in diameter van hexagonen in HR-TEM. Verder is gemiddelde d-afstand (0,23 nm) uit HRTEM met Gatan software goed overeenkomend met XRD. EDS-analyse onthulde elementaire samenstelling die bevestiging toonde van Mg, O met GO-doping. Met de incorporatie van GO, nam intensiteit van PL af van 414 nm vergezeld van een blauwe verschuiving wat lage recombinatiesnelheid van excitonen aangeeft. De aanwezigheid van D en G band (op 1338, 1598 cm⁻¹, respectievelijk) geassocieerd met sp³ en sp² C atoom werden geverifieerd met Raman. Katalytische activiteit werd beoordeeld en hoogste kleurstofafbraak van ongeveer 45% werd bereikt in zuurachtige conditie door 0,05 GO-MgO. Daarnaast toonden experimentele resultaten verbeterde bactericide effectiviteit van GO-MgO tegen G−ve (E. coli) ten opzichte van G+ve (S. aureus). Bovendien toonde synergisme van GO-MgO verbeterde bactericide effectiviteit tegen G−ve (E. coli) vergeleken met G+ve (S. aureus). Deze studie verkende de dopant-afhankelijke eigenschappen van MgO-nanocomposieten die kunnen worden ingezet om geïndustrialiseerd vervuild water te zuiveren en in antimicrobiële toepassingen voor milieuremediatie.