前言近年来，II-VI组化合物中的CdS NPs受到广泛关注，这种物质拥有宽广的2.4电子伏特带隙，展现出出色的电子和光学性能。尤其在抗菌领域，这些零维量子束缚的5CdS NPs已被证实是强效的抗菌剂，它还在分子组织病理学等生物应用中。
CdS NPs还在太阳能电池、光致发光、光电探测器、光催化、发光二极管、激光、高密度磁信息存储、场效应晶体管、生物传感器、环境传感器以及半导体等领域展现出巨大的技术潜力。而纳米金属，如银、金、铜、镉、铝、镁和钛及其衍生物被研究用于取代抗生素，用于杀死微生物。
这是因为纳米颗粒具有巨大的表面积，增加了与细菌细胞正电荷的接触机会，呈现出广谱的抗菌活性，这些纳米颗粒杀菌的机制包括细菌细胞膜的破坏和穿透、表面活性氧的生成，以及与细菌细胞器、蛋白质和DNA的相互作用。
可以采用多种方法合成具有优异化学、物理和结构特性的CdS NPs，如溶剂热法、真空气相沉积、水热法、光化学法、声化学法、微波辅助法、微乳法等，使用了来自不同镉前体的方法，如氯化镉、硝酸镉、乙酸镉和硫酸镉。
其中化学沉淀法因简便、快速和低成本的特点被广泛采用，但这种方法在合成过程中纳米颗粒容易团聚，因此引入了淀粉作为封端剂，以阻止团聚和氧化的问题。
一、实验细节1、材料和方法
使用99.0%纯度的乙酸镉二水合物作为镉的起始材料，以及95%纯度的硫化钠（Na2S）作为还原剂，可以合成出具有重要应用前景的CdS纳米颗粒。在这个过程中，淀粉则扮演着封端剂的角色，有助于调控纳米颗粒的形态和稳定性。
合成过程是将50 mL浓度为0.05 M的乙酸镉前体溶液与4 mL浓度为1%的淀粉溶液混合，使得两者充分均匀混合，缓慢地将50 mL浓度为0.05 M的硫酸钠溶液滴入混合物中，步骤需要仔细控制滴加速度，确保反应进行顺利。
后面将混合物在室温下进行4小时的搅拌，促使反应充分进行，让混合物进行老化，使得产物更加稳定，并产生出所需的纳米颗粒。
在老化完成后，将进行沉淀步骤，通过过滤的方式分离出混合物中的固体产物，再用蒸馏水反复洗涤残留物，去除不需要的杂质。最后在90°C的热烘箱中对洗净的产物进行干燥，得到稳定的CdS纳米颗粒。
2、表征技术
通过一种叫做“布拉格定律”的法则，使用X射线来揭示这些纳米颗粒的微观结构，把X射线投射在纳米颗粒上，测量它们散射出来的信号。通过计算这些信号，科学家们能够算出这些纳米颗粒的晶体结构和微小颗粒的尺寸。
使用“透射电子显微镜”和“扫描电子显微镜”的工具，仔细观察了这些纳米颗粒的外表，看到了纳米颗粒的形状和表面的细节，再深入研究这些纳米颗粒的成分，使用“能谱分析”的技术，找出纳米颗粒中各种元素的“指纹”。
3、抗菌活性
实验中采用了CdS纳米颗粒，这是一种微小的颗粒，携带着强大的抗菌潜能。将CdS纳米颗粒的溶液，以及一个叫做二甲基亚砜（DMSO）的溶液混合制成储备液，这个储备液含有24毫克的CdS纳米颗粒，再将储备液分别稀释成100毫克/毫升和50毫克/毫升，为后续实验做准备。
接下来是在琼脂培养基中设置了一些小孔，小心地在每个孔中滴入25微升的不同样品溶液，还要有一个负对照样品，它只含有DMSO，让这些样品在培养基中自由扩散。
为了观察细菌生长情况，实验设备被放置在一个恒温箱中，保持在50摄氏度，有助于细菌在温暖的环境下更好地生长，经过37小时的孵育，可以清楚地看到每种样品对细菌的影响程度。
二、结果和讨论1、晶体分析
研究人员们在一组光谱中发现了四个神秘的衍射峰，这些峰位于2°到20°之间的80θ值范围内，这些峰的出现与一种被称为立方CdS晶体的材料相联系，还对合成的纳米颗粒进行详细分析。
他们发现这些纳米颗粒中存在着一系列明确定义的晶格平面，它们的“坐标”分别是（111）、（220）、（311）和（331）。而这些晶格平面分别对应着特定的角度，分别是约26.4°、43.8°、51.9°和71.2°。
通过一个名为Debye-Scherrer公式的神奇公式，研究人员还推测了这些纳米颗粒的平均晶体尺寸，仅有2.43纳米，在高强度峰处测得的d间距值，与立方CdS NPs的数值吻合。
使用布拉格条件在不同峰位置分析合成样品的d间距或平面间距“d”.
利用公式评估了纳米粒子的晶格参数
其中d是原子晶格间距，a是晶体的晶格参数，h，k和l是米勒指数。
使用阿伏伽德罗的1.2版本软件，科学家们成功绘制出了不同晶格平面上合成的CdS纳米颗粒的优化立方分子几何形状。
这些纳米颗粒的合成经过精心设计，它的键长和晶胞体积分别为2.03469 Å和64.0 Å，而晶格参数则被记录为0.58 nm。通过测量2θ位置处的d间距、晶格参数、平均尺寸和键长值。
科学家们还运用一种称为SAED技术的方法，对这些纳米颗粒的结构进行了深入研究。通过观察特征性的SAED衍射环图案（111）、（220）和（311），这些图案与已知的CdS纳米颗粒的结构相匹配，而其结构与闪锌矿结构相一致。这项研究不仅通过SAED数据提供了支持，还得到了X射线衍射（XRD）分析的有力印证。
2、 形态分析
在扫描电子显微镜（SEM）图像中，可以看到最初的CdS纳米颗粒是如何聚集在一起，形成次级颗粒的，这种现象是因为这些纳米颗粒非常微小，却拥有巨大的表面能量。
而透射电子显微镜（TEM）图像，可以洞察纳米颗粒的形状、稳定性和大小。通过这些图像，发现这些CdS纳米颗粒呈均匀分布。
还使用了ImageJ软件来评估纳米颗粒的平均粒径，结果显示大多数颗粒的大小都在0.5到2.5纳米之间。
这个范围与使用X射线衍射（XRD）计算得出的粒径相吻合，通过Debye-Scherrer公式得出的粒径也在这个范围内。
3、结构分析
在这个研究中，光谱图显示，在波长为4,000至500 cm^-1范围内，存在一个重要的范围，被称为峰7，其宽峰延伸在3,400和1,628 cm^-1，分别代表着O-H化学键的拉伸和弯曲模式。这是由于CdS与水之间的相互作用所产生的结果。
更进一步的观察则显示，在指纹区域也出现了一些显著的特征峰。这些特征对应着Cd-S键的拉伸模式，为合成材料的独特指纹。
在光谱的1,350 cm^-1处，出现了一个强烈的峰，代表着O–C=O不对称拉伸振动。这个峰的存在说明一些与CdS颗粒相互作用的分子，很可能是与CdS纳米颗粒进行表面修饰的分子。
4、元素分析
通过使用EDX技术，深入研究了合成纳米颗粒的纯度和成分。他们以0.05 M Cd（Ac）前体为基础，成功合成了CdS纳米颗粒，并通过EDX光谱进行了分析。
在光谱中，光吸收峰位于3-4 keV范围，这些峰与特定金属CdS纳米微晶相对应。这些峰的出现可以归因于表面等离子体共振现象。通过EDX分析，研究者们发现合成样品中的Cd和S的重量百分比分别为54.83%和9.52%。
在纯CdS分子中，Cd和S的平均原子质量百分比分别为77.8%和22.19%，这在表格中有所体现。通过XRD和EDX的结合分析，研究结果明确表明合成的CdS纳米颗粒处于纯净稳定的状态。
5、抗菌分析
纳米颗粒之所以特别，是因为它们比同样材料的大颗粒，具有更多的表面积和更多的表面原子。当CdS NPs与细菌细胞接触时，它们的抑菌效果取决于颗粒的浓度。
随着浓度增加，更多的CdS NPs与细菌接触，从而提高相互作用的概率。尤其是小于10纳米的纳米颗粒，因为它们能够与细菌产生电子效应，从而增加了反应性，进一步加强了抑制效果。
需要指出的是，不同类型的细菌，如革兰氏阳性和革兰氏阴性，具有不同的细胞结构。这对于CdS NPs的抑菌效果具有重要影响。纳米颗粒的正静电电荷与细菌中的负电荷蛋白质相互作用，释放出活性氧，从而对细菌产生破坏作用。
当纳米颗粒与蛋白质相互结合时，可能会影响到细胞的活性转运、酶活性以及脱氢酶，抑制了DNA、RNA和蛋白质的合成，导致细胞最终死亡。
三、结论使用0.05 M浓度的乙酰化镉，成功地通过化学沉淀法合成了一种名为硫化镉纳米颗粒（CdS NPs）。这些纳米颗粒呈现出广泛的光谱特性，且具备稳定性和高纯度，这种制备方法简单有效，通过控制反应条件，产生了立方晶体结构的纳米颗粒，平均直径为仅2.43纳米。
科学家们运用了多种分析技术，确认了所合成纳米颗粒的形态和结构，还利用琼脂孔扩散法研究了这些纳米颗粒的抗菌活性。
这些纳米颗粒对于多种细菌表现出卓越的抑菌效果。不仅革兰氏阳性菌，还有革兰氏阴性菌在它们的影响下都表现出敏感性。随着纳米颗粒浓度的增加，对细菌的抑制效果逐渐加强。
纳米颗粒对于金黄色葡萄球菌这种革兰氏阳性细菌表现出了高效的抑制作用。研究还报告了这些纳米颗粒对两种细菌菌株的显著毒性，这可能为未来开发新型抗菌剂提供了有希望的线索。
参考文献B. R. Bhattarai，A. Regmi和S. K. Gautam，“硫化镉纳米颗粒：合成和表征”，2019年计算机，通信，化学，材料和电子工程国际会议，第1-4页，IEEE，孟加拉国拉杰沙希，2019年。
J. Khatter 和 R. P. Chauhan，“温度对溶剂热法合成的硫化镉纳米结构性能的影响”，《材料科学杂志：电子材料》，第 31 卷，第 2676-2685 页，2020 年。
N. Soltani，E. Gharibshahi和E. Saion，“立方和六边形CdS量子点的带隙-实验和理论研究”，Chalcogenide Letters，第9卷，第7期，第321-328页，2012年。
S. Rajeshkumar，M. Ponnanikajamideen，C. Malarkodi，M. Malini和G. Annadurai，“海洋细菌微生物介导的抗菌半导体纳米颗粒合成”，化学纳米结构杂志，第4卷，文章ID 96，2014。
R. A. Devi，M. Latha，S. Velumani等人，“通过化学沉淀法合成和表征硫化镉纳米颗粒”，纳米科学与纳米技术杂志，第15卷，第11期，第8434-8439页，2015年。
