SYNTHESIS AND CHARACTERIZATION OF CRYSTALLINE CARBON NITRIDE/SILVER PHOSPHATE HETEROJUNCTION FOR PHOTOCATALYTIC POLLUTANT DEGRADATION THESIS Paper as one of the requirements to obtain a master’s degree from Bandung Institute of Technology By INDRA JAYA BUDIARSO NIM: 23723005 (Master in Materials Science and Engineering Study Program) INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG 2024 i ABSTRAK SINTESIS DAN KARAKTERISASI FOTOKATALIS HETEROJUNCTION KARBON NITRIDA KRISTALIN/PERAK FOSFAT UNTUK APLIKASI FOTODEGRADASI POLUTAN Oleh Indra Jaya Budiarso NIM: 23723005 (Program Studi Magister Ilmu dan Teknik Material) Karbon nitrida kristalin telah menarik banyak perhatian dalam beberapa dekade terakhir karena dapat mencegah rekombinasi pasangan elektron-hole (e-h) dalam fotokatalis berbasis karbon nitrida. Namun, kemampuan oksidasi yang tidak cukup dari fotokatalis karbon nitrida membatasi aplikasinya dalam degradasi polutan berbasis metode fotokatalitik. Para peneliti mengembangkan heterojunction skema- Z karbon nitrida dengan perak fosfat (Ag 3PO4) untuk mengatasi keterbatasan ini. Dalam penelitian ini, heterojunction skema-Z dibuat dengan menggunakan kalium poli(heptazin imida) (KPHI) sebagai bahan karbon nitrida kristalin dan Ag 3PO4 sebagai pasangan fotokatalis oksidasi. Ditemukan bahwa untuk karbon nitrida polimerik (PCN) yang disintesis dari urea, 450 °C adalah temperatur pemrosesan yang sesuai untuk mendapatkan KPHI. Selain itu, ukuran wadah juga memengaruhi produk akhir di mana wadah berukuran besar lebih mendukung pembentukan KPHI daripada ukuran wadah kecil. KPHI memiliki celah pita yang lebih kecil dan pemisahan pasangan e-h yang lebih efisien dibandingkan dengan PCN seperti yang ditunjukkan oleh diffuse reflectance ultraviolet visible light spectroscopy (DR UV- Vis) dan photoluminescence spectroscopy (PL). Menariknya, ditemukan bahwa penambahan larutan Ag + ke KPHI merusak struktur KPHI seperti yang ditunjukkan oleh pola X-ray diffraction (XRD) dan transmission electron microscope (TEM). Meski demikian, celah pita dan emisi PL tidak berubah signifikan dengan KPHI dan PCN murni yang mengimplikasikan bahwa sifat optiknya tidak berubah. data DR UV-Vis dan PL menunjukkan bahwa KPHI/Ag 3PO4 membentuk kontak elektronik yang lebih kuat dibandingkan PCN/Ag 3PO4. Diduga bahwa keberadaan ion Ag + pada situs adsorpsi kation KPHI menarik ion PO4 3- untuk membentuk Ag 3PO4 secara lokal pada permukaan KPHI. Performa fotokatalitik yang dievaluasi melalui nilai konstanta laju menunjukkan bahwa KPHI/Ag 3PO4 1.7 kali lebih baik dibandingkan dengan PCN/Ag3PO4. Hasil ini menunjukkan bahwa KPHI merupakan fotokatalis reduksi yang lebih baik dibandingkan PCN untuk digabungkan dengan Ag 3PO4 membentuk heterojunction skema-Z. Kata kunci: Heterojunction, kalium poli(heptazine imida), karbon nitride polimerik, Ag 3PO4. ii ABSTRACT SYNTHESIS AND CHARACTERIZATION OF CRYSTALLINE CARBON NITRIDE/SILVER PHOSPHATE HETEROJUNCTION FOR PHOTOCATALYTIC POLLUTANT DEGRADATION By Indra Jaya Budiarso NIM: 23723005 (Master’s Program in Material Science and Engineering) Crystalline carbon nitride has gained a lot of interest in the past decades because it can prevent electron-hole (e-h) pair recombination in carbon nitride photocatalyst. However, the insufficient oxidation potential of carbon nitride photocatalyst limits their application in photocatalytic pollutant degradation. Researchers developed Z- scheme heterojunction of carbon nitride with silver phosphate (Ag 3PO4) to tackle this limitation. In this work, Z-scheme heterojunction was constructed using potassium poly(heptazine imide) (KPHI) as the crystalline carbon nitride materials and Ag 3PO4 as the oxidation photocatalyst. For urea-derived polymeric carbon nitride (PCN), 450 °C is the suitable processing temperature for synthesizing KPHI. Moreover, crucible size affects the final product in which large crucible favors the formation KPHI over small crucible size. KPHI has smaller bandgaps and more efficient e-h pair separation compared to PCN as shown by diffuse reflectance ultraviolet visible light spectroscopy (DR-UV Vis) and photoluminescence spectroscopy (PL). Interestingly, the addition of Ag + solution to KPHI broke KPHI’s structure as shown by X-ray diffraction (XRD) and transmission electron microscope (TEM). However, the bandgap and PL emission remains unchanged which implies that the optical properties are not significantly affected. In addition, KPHI/Ag 3PO4 formed a stronger electronic contact compared to PCN/Ag3PO4 as shown by DR UV-Vis and PL data. The presence of Ag + ion at the KPHI’s cation adsorption site attracts the PO 4 3- ion to form Ag3PO4 locally at KPHI’s surface. The photocatalytic dye degradation performance which is evaluated through the rate constant value of KPHI/Ag 3PO4 is 1.7 times better compared to PCN/Ag3PO4. This result shows that KPHI is a better reduction photocatalyst than PCN to be coupled with Ag 3PO4 to form Z-scheme heterojunction. Keywords: Heterojunction, potassium poly(heptazine imide), polymeric carbon nitride, Ag 3PO4, .