이론적 계산 및 실험을 사용하여 전자 및 광학 특성에 대한 질화붕소 나노시트에 이중 도핑이 미치는 영향

결과 및 토론

구조 및 전자 자산

XRD는 그림 2a와 같이 제어 및 Bi-도핑된 BN 나노시트의 상 식별, 결정도 및 결정학적 평면을 조사하는 데 사용되었습니다. ~ 26.9°, 41.3°, 43.46° 및 50.2°의 2θ 값에서 식별된 XRD 반사는 각각 (002), (100), (101) 및 (102) 결정학적 평면으로 인덱싱되었습니다. 검출된 결정학적 평면은 표준 스펙트럼과 잘 조화를 이룹니다(JCPDS 참조 #00-034-0421) [54, 55]. 선명도와 피크 강도는 BN 박막의 형성과 선호하는 c 방향에서 NS의 약한 적층을 시사합니다[46]. XRD 반사에서 회절각과 관련된 피크 이동이 감지되었으며, 이는 도펀트의 혼입을 시사합니다. 층간 간격(d -값) 특성(d) ₀₀₂ ) 반사는 브래그의 법칙 \((n\lambda =2d\mathrm{sin}\theta )\)을 통해 평가된 바와 같이 ~ 0.34nm이며 HR-TEM 결과와 잘 연관됩니다(추가 파일 1:그림 S4 참조). 해당 평면의 이 d-값은 촉매 성능을 향상시키는 역할을 하는 BN의 흡착 특성 및 분자 수송과 관련된 중요한 특징을 특징으로 합니다[56]. 그림 2b에 표시된 베어 BN의 해당 SAED 프로파일은 샘플의 높은 결정성을 나타내는 밝은 원형 링으로 구성됩니다. 이러한 감지된 링은 XRD 패턴 및 표준 데이터와 잘 일치합니다[26, 57, 58]. FESEM을 이용하여 합성된 물질의 표면 형태를 조사하고 HR-TEM 분석을 통해 추가로 확인하였다. HR-TEM 이미지를 사용하여 Gatan 디지털 현미경 소프트웨어로 층간 간격을 평가했으며, 이는 XRD 결과와 일치하는 것으로 밝혀졌습니다. 준비된 생성물의 순도는 첨부파일 1:Fig. S5 및 S6.

아 다양한 농도(2.5, 5, 7.5 및 10wt%)의 호스트 및 Bi-도핑된 BN 나노시트의 XRD 패턴 ㄴ BN 나노시트로부터 얻은 SAED 패턴; ㄷ FTIR 스펙트럼; d PL 스펙트럼

FTIR은 그림 2c와 같이 호스트 및 Bi-도핑된 BN 나노시트의 IR 지문을 조사하는 데 사용되었습니다. 얻은 스펙트럼은 750 및 1365cm ⁻¹ 에서 BN에서 발생하는 두 가지 특징적인 피크를 표시합니다. B-N-B(굽힘 진동) 및 B-N(신장 진동)에 기인할 수 있습니다. 이 핵심 피크는 A_2u와 관련이 있습니다. 모드(평면 외) 및 E_1u 모드(평면 내) [56, 59]. 언급한 대로 A_2u 모드는 96.4meV의 에너지에 해당하는 평면 외 모드이며 E_1u 두 가지 모드로 더 분할되는 평면 내 모드에 해당합니다. 첫 번째는 E_1u의 세로 광학 모드입니다. ^~까지 두 번째 가로 광학 E_1u ^LO Michel과 Verberck[60]가 지적한 장거리 쿨롱 상호작용으로 인해 각각 169.4 및 199.6 meV의 에너지를 사용합니다. 그들의 작업에서 그들은 장거리 쿨롱 힘 없이 계산된 두 개의 포논 분산 관계를 각각 비교했습니다. 두 계산 간의 변화는 LO-TO 분할에 해당합니다. BN의 대칭 필드를 깨는 쿨롱 상호 작용으로 인해 세로 및 가로 광 포논이 나뉩니다 [61]. 이러한 모드의 개략도는 그림 2c에 나와 있습니다. 1170cm ⁻¹ 에서 추가 피크가 감지되었습니다. 산질화붕소(N–B–O)의 신축 진동과 관련이 있습니다. 3433cm의 광대역 ⁻¹ OH 신축 진동[62]에 해당합니다.

PL 분광법을 사용하여 그림 2d와 같이 샘플에서 여기자 이동, 이동 및 재조합을 확인했습니다. 추출된 스펙트럼은 여기 파장, 즉 λ로 표시되었습니다. _예 =390nm 및 해당 방출 파장 λ _그들 =420nm. 나노 스케일 재료는 여기 파장에 상대적으로 민감하기 때문에 방출 스펙트럼은 λ 값을 기반으로 합니다. _예 [59]. 도핑되지 않은 및 Bi-도핑된 BN 나노시트의 PL 스펙트럼은 ~ 420nm 이후에 위치한 비대칭 피크를 표시했습니다. PL 스펙트럼에서 검출된 이러한 비대칭 피크는 발광 종 및/또는 다중 형광단의 존재를 시사합니다. 문헌 연구에 따르면 붕소-산소와 같은 종의 존재는 BN 시스템에서 새로운 발광 중심으로 간주됩니다[63]. 460nm 주변에서 발견된 발광은 전자 전환 시작을 나타냅니다. 이 전자 전이는 BN 밴드의 2p 상태 사이에 있는 개별/상호 전이를 포함합니다[64]. 전자의 여기(e ⁻ ) 원자가에서 전도대로 여기광의 발광 강도와 에너지를 높이는 역할을 한다. 460nm에서 이러한 전이는 ~ 2.7eV에서 에너지 피크에 해당합니다[65]. 샘플은 동일한 양, 성장률, 기간 등을 통해 준비되었지만 PL 스펙트럼에 대한 모든 샘플의 강도 차이는 측정하는 단위 면적당 h-BN 도메인이 더 적기 때문일 수 있습니다. 발광 부분[66]. 엑시톤의 최대 재결합 및 분리는 각각 PL 스펙트럼의 최고 및 최저 강도 피크에 해당합니다[67].

호스트 BN 및 Bi-도핑된 BN 나노시트의 광학적 특성은 UV-Vis 분광법을 사용하여 얻은 흡수 스펙트럼을 통해 확인되었습니다. 근자외선 영역에서 흡수의 모습은 그림 3a와 같이 관찰되었습니다. 순수한 BN 나노시트의 최대 흡수는 ~ 5.85eV의 밴드갭 에너지에 해당하는 근자외선 영역으로 알려진 200nm 부근에서 감지되었습니다. Bi의 통합으로 최대 흡수 에지는 밴드갭 에너지를 감소시키는 광학 스펙트럼의 적색 편이를 나타내는 더 높은 파장으로 이동합니다. 밴드갭 에너지는 Eq.로 표시되는 Tauc 방정식을 사용하여 추정되었습니다. 1. 그림 3b에 표시된 Tauc 플롯은 밴드갭 에너지가 4.65eV까지 감소되었음을 나타냅니다. 이 외에도 순수, 2.5 및 5% Bi 도핑된 샘플에 대해 더 낮거나 더 높은 에너지 수준에 대한 추가 흡수가 감지되지 않았으며, 이는 조밀한 구조적 결함의 존재를 시사합니다. 7.5 및 10% Bi 도핑된 샘플의 경우 330개 부근에서 매우 작은 흡수가 관찰되며 이는 시뮬레이션된 광 흡수 스펙트럼 분석에서도 확인되고 설명됩니다(그림 6 참조)[62, 68, 69]. 문헌에 따르면 벌크 BN은 5.2–5.4 eV의 밴드갭 에너지를 나타내는 반면 이중/다층 나노시트는 5.56–5.92 eV의 밴드갭 에너지를 보유합니다[26]. 이러한 관찰은 준비된 BN 나노시트가 이중/다층 구성을 가지고 있음을 시사합니다. 그림 3b에 표시되고 Tauc Eq를 통해 추정된 모든 샘플의 밴드갭 에너지. (1)은 다음과 같이 표현됩니다.

위의 방정식에서 α \(\alpha =\mathrm{log}(T/d)\)와 같은 흡수 계수를 나타냅니다. 여기서 T 전송 및 d 는 경로 길이입니다. 또한 지수 값(n )는 E의 전자적 특성과 관련이 있습니다. _g 직접 허용 전이(1/2), 간접 허용 전이(2), 직접 금지 전이(3/2) 및 간접 금지 전이(3)에 각각 해당합니다. 그러나 전환 데이터는 n =1/2. 이 _g 특징적으로 (αhν ) ^1/n 대 hv 플롯. Eq.에서 얻은 선형 추세 1은 최대 기울기 영역의 점 근처 플롯의 접선으로 모델링됩니다. 여기서 hν는 광자 에너지(E)와 같습니다. ), 케이 흡수 지수 및 E _g 밴드갭 에너지(eV)[26]입니다.

아 호스트 및 Bi-도핑된 BN 나노시트의 UV-Vis 스펙트럼; ㄴ Tauc 플롯을 사용한 밴드갭 에너지 분석

이러한 실험 결과는 첫 번째 원칙 기반 DFT 계산에 의해 뒷받침됩니다. 도핑되지 않은 및 이중 도핑된 BN 단층의 모델은 주기적인 경계 조건이 있는 슈퍼셀 방법을 사용하여 구축됩니다. 7 × 7 슈퍼셀은 Bi와 인접 이미지의 상호 작용을 최소화하기 위해 깨끗한 Bi-doped BN 단층에 사용되었습니다. 단층의 평면에 수직인 방향을 따라 15Å 진공층이 사용되었습니다. 2.04%, 4.08% 및 6.1%의 도펀트 농도는 추가 파일 1:그림 S6과 같이 B 사이트의 BN 단층 슈퍼셀에서 1, 2, 3개의 Bi 원자를 대체하여 모델링되었습니다. 농도가 다른 Bi 도펀트의 안정성을 조사하기 위해 다음 방정식을 사용하여 결합 에너지를 추정했습니다[70, 71].

이로써 E _수퍼셀 , E _V, 및 E _TM 도핑된 BN, 양이온 빈자리가 있는 호스트 물질 및 분리된 금속 원자의 총 에너지를 나타냅니다. E의 값은 _b 다양한 도펀트 농도의 경우 -4.0에서 - 7.71eV로 크게 변합니다.

전자 구조 및 광학 거동의 변화에 ​​대한 Bi 도펀트의 영향을 조사하기 위해 다양한 농도의 Bi-도핑된 BN 단층과 깨끗한 BN을 포함하여 전자 밴드 구조 및 상태 밀도(DOS)를 계산했습니다. 비교를 위한 단층 5 및 6. 그림 4a에서와 같이 깨끗한 BN이 K 지점에서 4.69 eV의 직접적인 밴드갭 에너지를 가지고 있음을 알 수 있으며, 이는 측정된 실험 값(5.85 eV)과 더 일치합니다. 또한, 우리의 계산된 밴드갭 에너지 값은 이전의 이론적인 작업[72, 73]과 매우 잘 일치합니다. 이 밴드갭 에너지 값은 BN 단층이 절연체임을 나타냅니다. 그림 5a의 원시 상태의 DOS 플롯에 따르면 원자가 밴드 최대값은 주로 N 2p 전도 대역의 최소값은 대부분 비어 있는 B 2p에 의해 제어됩니다. 상태. 2.04%의 도핑 수준으로 Bi 도펀트를 도입할 때 그림 4b와 같이 페르미 준위 주변에 두 개의 새로운 국부적 갭 상태가 형성되며, 여기에서 하위 대역은 점유되고 상위 대역은 비점유됩니다. 따라서 가전자대 최대값은 가전자대에서 더 낮게 이동하여 밴드갭 에너지를 감소시킵니다. 또한, 가전자대 최대값과 전도대 최소값의 주요 특징은 순수한 BN 단층의 것과 유사합니다. 불순물 밴드의 출현은 밴드갭 에너지를 폭이 3.39, 1.83 및 0.643eV인 3개의 에너지 하위 갭 영역으로 나눕니다. 부분 DOS 분석(그림 5b 참조)은 점유 갭 상태가 주로 Bi 6s에서 구성됨을 보여줍니다. N 2p와 혼합된 상태 비어 있는 갭 상태는 주로 Bi 6p 때문입니다. N 2p 기여도가 적은 주 상태. 두 개의 Bi 원자가 BN 단층에 도핑된 경우 밴드 구조는 전도대의 아래쪽으로 상대적으로 더 큰 이동을 나타냅니다. 도펀트 밴드의 수가 증가하여 밴드갭 에너지가 더 감소함을 알 수 있습니다. 그 결과 Bi 도핑된 BN 단층이 n형 반도체의 전형적인 특성을 나타냅니다. 그림 4c에서 페르미 레벨 주변에 4개의 갭 상태가 도입되었음을 알 수 있습니다. 가장 낮은 2개의 도펀트 레벨이 점유되고 페르미 레벨보다 약 0.57 및 0.21eV 아래에 위치합니다. 다른 2-갭 상태는 비어 있고 페르미 레벨보다 0.40 및 0.80eV 위에 위치합니다. 그러나 그림 5c의 PDOS는 Bi 6s 및 N 2p 두 개의 작은 봉우리와 Bi 6p의 큰 기여에 대한 상태 N 2p 기여도가 적은 주 두 개의 높은 피크에 대한 상태입니다. Bi의 도핑 농도가 6.1%로 증가함에 따라 그림 4d와 같이 밴 갭이 감소하면서 페르미 준위 주변에 더 많은 불순물 상태가 도입되었음을 알 수 있습니다. 에너지 갭 상태가 더 낮은 불순물 밴드는 0.36eV에서 발생하는 반면 에너지 갭 상태가 더 높은 불순물 밴드는 페르미 준위보다 0.61eV 위에 위치합니다. 부분 DOS의 플롯(그림 5d 참조)에서 6.1% 농도에서 BN의 Bi 도핑에 대해 Fermi 수준 이하 및 이상의 불순물 밴드의 주요 특징이 Bi-도핑된 BN의 주요 특징과 유사함을 인지할 수 있습니다. x =4.08%, 페르미 준위 아래 및 위의 불순물 밴드 사이에 약간의 겹침이 있습니다.

a의 계산된 전자 밴드 구조 농도가 b인 깨끗한 BN 및 Bi-도핑된 단층 2.04%, ㄷ 4.08% 및 d 6.1%

a의 계산된 총 DOS 및 예상 DOS 농도가 있는 깨끗한 BN 및 Bi-도핑된 BN 단층, b 2.04%, ㄷ 4.08% 및 d) 6.1%

순수 및 Bi 도핑된 BN 단층의 흡수 계수가 계산되어 그림 6에 표시됩니다. Bi 도핑 농도가 증가함에 따라 흡수 가장자리의 적색 편이를 관찰할 수 있습니다. 2.04%의 Bi 도펀트 농도에서 흡수 가장자리는 깨끗한 BN 단층의 흡수 가장자리와 비교하여 약 10nm의 적색 편이를 나타냅니다. 이 작은 적색편이는 약간의 밴드갭 에너지 감소에서 나타날 수 있으며 BN 나노시트에 Bi 도핑에 대한 20nm의 실험적 측정 적색편이와 상당히 일치합니다. Bi 혼입 농도가 4.08% 및 6.10%로 상승하면 주요 흡수 가장자리는 도핑되지 않은 BN 단층의 것과 비교하여 약 22nm 및 40nm에서 더 많은 적색 편이를 나타냅니다. 이것은 또한 밴드갭 에너지의 축소로 인해 실험 관찰을 재현하게 되었습니다(그림 3a 참조). Bi 혼입 농도가 증가함에 따라 330nm 부근의 또 다른 매우 작은 흡수 피크가 나타남을 관찰할 수 있습니다. 또한 Bi-도핑된 BN 단층의 흡수 가장자리를 345nm의 파장 값(또는 3.60eV의 에너지)으로 적색편이시키며, 이는 촉매 능력의 향상을 의미합니다.

순수 및 Bi-도핑된 BN 단층의 시뮬레이션된 광 흡수 스펙트럼

촉매 활동

합성된 물질의 촉매 활성 성능을 평가하기 위한 실험 결과는 시간에 따른 UV-Vis 스펙트럼을 이용하여 나타내었다. It was observed that incorporation of reductant into an aqueous solution of dye was unable to degrade it as only ~ 7% of dye reduction was achieved. Addition of Bi-doped into BN nanosheets (nanocatalyst), percentage degradation is effectively enhanced. Pure BN nanosheets display 45% dye reduction in 35 min while BN doped with various concentrations (2.5, 5, 7.5, and 10 wt%) of Bi exhibit enhanced dye reduction with rapid progress.

In general, catalyst lowers the activation energy of a reaction which in turn causes to accelerate its stability and rate of reaction. MB is primarily a synthetic dye that is exploited into water during various industrial processes. MB can be reduced in the presence of reductant however the reduction process is relatively slow in the presence of only NaBH₄ . Host BN nanosheets exhibit large specific surface area causes to increase adsorption rate. Furthermore, a layer of reductant dispersed over nanocatalysts may also accelerate adsorption due to the redox reaction between catalyst and MB. Reduction reaction by a catalyst occurs by transferring an electron from donor species BH₄₋ (from NaBH₄ ) to acceptor species MB facilitated by pure and Bi-doped BN nanosheets. This resulted to reduce activation energy which serves to stabilize and accelerate rate of the reaction [26, 74]. The mechanism of catalytic activity has been represented in Additional file 1:Fig. S7b. Dye degradation of various doped concentrations (2.5, 5, 7.5 and 10 wt%) was 61, 67, 85 and 94% in 24, 17, 11 and 7 min, respectively as illustrated in Fig. 7. The comparison of present experiment with literature is represented in Table 1.

아 Plots of C _그 /C _오 versus time for all catalysts; ㄴ comparison of degradation percentage over various concentrations, c comparison of stability for 7.5 and 10 wt% Bi-doped catalyst; d plot of C _그 /C _오 versus time for reusability of 10 wt% Bi-doped BN catalyst

Increase in the efficiency of catalytic activity is due to an increase in Bi concentration. As degradation percentage directly corresponds to the transfer of electrons from reducing agent towards MB which is facilitated by nanocatalyst. Bi-doped BN nanosheets cause to boost up the reaction rate by lowering its activation energy that in turn causes to facilitate transfer of electron more rapidly towards MB. Plot of C _그 /C _오 as a function of time represents dye reduction of all samples as illustrated in Fig. 7a where C _그 represents concentration of MB at any given time while C _오 corresponds to initial concentration. Figure 9b exhibits degradation percentage of catalysts which was estimated through Eq. 3.

Various factors that influence catalytic activity and affect the performance of catalysts are discussed below.

pH Value

In catalysis (catalytic activity), rate of reaction has a strong correlation with pH value. In general, an extremely low or high value of pH cannot contribute to dye degradation. Literature studies of catalytic activity using reducing agents demonstrate that rate of reaction at basic conditions is most favorable for maximum degradation. In the present study, the pH value at which the maximum degradation was attained was 8.4, which favorably correlates with literature cited. Further, materials such as BN nanosheets controls surface charge and dominate the possible electrostatic interaction between pollutant and material. Therefore, pH value of solution has direct linkage with removal process of pollutants by means of controlling the possible electrostatic interaction between the pollutant and adsorbent [74, 75].

Stability

The stability of catalyst was investigated in the present study by allowing performed experiment to stay for at least three days in order to examine whether the reduction of dye as performed in the presence of nanocatalyst is stable or not. In this regard degraded dye was kept in dark and after every 24 h, degradation was inspected with the help of absorption spectra acquired through UV–Vis spectrophotometer, as illustrated in Fig. 7c. Obtained results indicate that no loss of degradation occurred in stay condition for 72 h. Degradation was observed to be in its fairly original form which affirms the stability of catalyst.

Reusability

Reusability of catalyst refers to recycling ability of catalyst that permits its use more than once. Typically, catalysts with the most number of reusable cycles are considered the most efficient catalyst. In the current experiment, reusability was probed by recycling 10 wt% catalyst up to three cycles. The obtained results are presented in Fig. 7d, which indicates Bi-doped BN catalyst can be utilized as an effective reusable catalyst.

Load of Catalyst

Lastly, load of catalyst before the experiment and after three times of recycling was found. Load of catalyst before performing activity was 4 mg, after three times recycling it was measured as 3.7 mg, considering 5% sensing/detecting deviation. The results indicated that Bi-doped BN acts as the most stable, reusable, and the most efficient dye degrading catalyst. Furthermore, a load of catalyst after three days stability test was also performed that indicate almost same result (3.6 mg) as performed after recycling process.

Bactericidal Activity

In-vitro bactericidal activity of BN, Bi₂ O_3, and Bi-doped BN nanosheets for Gram + ve and Gram –ve bacteria are shown with graphical presentations in Figs. 8 and 9 (a–n). The findings indicate superior bactericidal action with synergism of Bi-doped BN nanosheets against E. 대장균 compared with S. 구균 as shown in Figs. 8 and 9 (a–j). BN and Bi₂ O₃ at low concentrations showed null efficiency against G + ve and –ve bacteria. At high concentrations, BN depicted (0.35 mm) and (0.45 mm) inhibition and similarly, Bi₂ O₃ showed (0.55 mm) and (0.75 mm) zone of inhibition against G + ve and –ve bacteria respectively Figs. 8 and 9 (a, b, h–i). Significant (P  < 0.05 ) inhibition zones were detailed as (0–2.45 mm) and (3.15–4.35 mm) for S. 구균 and (0–1.65 mm) and (2.15–3.65 mm) for E. 대장균 at low and high doses, respectively Figs. 8 and 9 (c–f, j–m). The efficiency percentage (% age) raised from (0–33.8%) and (43.4–60%) against S. 구균 and (0–38.8%) and (50.5–85.8%) against E. 대장균 , 각각. Ciprofloxacin used as positive control reduced (7.25 mm) and (4.25 mm) G+ve and –ve growth, respectively in comparison with DIW (0 mm). Generally, 2.5 wt% doped BN nanosheets showed zero efficiencies against Gram + ve and –ve bacteria at low dose while, other doped nanosheets depicted significant (P  < 0.05 ) antibacterial activity against Gram –ve compared to Gram +ve as shown in Figs. 8 and 9 (c–f, j–m).

아 –지 In-vitro antimicrobial efficiency of BN (a ) Bi₂ O₃ (b ) BN nanosheets doped with various concentrations (2.5, 5, 7.5 and 10 wt%) of Bi against S. 구균 (ㄷ –f ) graphical presentation (g )

아 –n In-vitro antimicrobial efficiency of BN (h ) Bi₂ O₃ (i ) BN nanosheets doped with various concentrations (2.5, 5, 7.5 and 10 wt%) of Bi against E. 대장균 (j –m ) graphical demonstration (n )

The oxidative stress fashioned by nanosheets depends upon its size, shape, and concentration. Antibacterial activity with inhibition zones (mm) raised with greater wt% doping of Bi on BN due to more cationic availability. Antibacterial activity depending on size and concentration exhibited inverse relation to doped NS size [2, 22, 80]. ROS generation is considered a major hazardous factor for the destruction of micropathogens [81]. Small-sized NS produce reactive oxygen species (ROS) that stay more real within bacteria membrane within implants ensuing extrusion of cytoplasmic contents and damaging bacterial DNA, proteins, and enzymes thus, killing bacteria as illustrated in Additional file 1:Fig. S7 (a) [80, 82]. Upon irradiation, NPs activate e ⁻ transfer from valence to conduction bands for reduction reactions by generating holes (h ⁺ ) which, ultimately transfer to valence band for oxidation [83, 84]. The reduction process generates O₂ ^- . by reaction of e ⁻ with O₂ [85]. The holes (h ⁺ ) via oxidation process generate OH through reaction with either e ⁻ from water (H₂ O) or hydroxyl ions (OH ⁻ ) [86]. The intense reactive oxygen radical species OH quickly reacts with micropathogens biomolecules i.e. proteins, carbohydrates, DNA, lipids and amino acids as shown in Additional file 1:Fig. S7 (a) [87]. Bismuth composites are famous for much effective antibacterial action coupled with low environmental toxicity [88]. Secondly, strong cationic interface of Bi ⁺³ with negatively charged bacterial cell membrane parts grades in increased antibacterial action at high concentrations prompting bacteria collapse [2].

Enzyme catalyzing key steps of various biochemical reactions needed for bacterial survival represents attractive targets for antibiotic discovery. Molecular docking studies to predict inhibition tendency of nanoparticles against selected enzyme targets are of utmost importance for new antibiotic discovery. The mechanism of enzyme inhibition is depicted in Additional file 1:Fig. S7 (c) showing blockage of enzyme active site that hinder substrate access and disrupt catalytic activity of given enzyme target causing bacterial death.

Although extensive literature is reported over biological potential of nanomaterials particularly, bactericidal activity still clear mechanism of their action is not known. Nanomaterials show their antibacterial activity either through cell wall rapturing or may target key enzymes of various pathways that are essential for bacterial survival (see Additional file 1:Fig. S7) [80, 89]. Identifying their target is of worth importance and may contribute towards discovery of new antibiotics with a novel mode of action [90]. Here, enzyme targets of two well-known antibiotics i.e. Rifampicin (Nucleic acid synthesis) and Trimethoprim (Folate biosynthetic pathway) [91] have been selected to evaluate binding tendency, binding interaction pattern, and inhibitory mechanism of Bi-doped BN nanosheets behind their antibacterial activity.

In case of DHFR from E.coli , the best-docked conformation showed H-bonding interaction with Ile14 (2.68 Å) and Ile94 (2.27 Å) alongside metal-contact interaction with Tyr100 having binding score as − 11.971 kcal/mol (Fig. 10a). Similarly, H-bonding interaction with Thr46 (2.19 Å) and metal-contact with Leu20 was observed in case of DHFR from S. 구균 having binding score − 8.526 kcal/mol as shown in Fig. 10b.

Binding interaction pattern of Bi-doped BN nanosheets with active site residues of dihydrofolate reductase from a 이. 대장균 그리고 b S. 구균

For DNA gyrase from E.coli , the best binding score observed was − 6.782 kcal/mol having H-bonding interaction with Asp73 (2.22 Å) as shown in Fig. 11a while in case of DNA gyrase from S. 구균 H-bonding interaction were observed with Asp81 (2.12 Å and 2.68 Å) alongside metal contact interaction with Ile175 having binding score − 7.819 kcal/mol (Fig. 11b).

Binding interaction pattern of Bi-doped BN nanosheets with active site residues of DNA gyrase from (a) 이. 대장균 and (b) S. 구균