Perpustakaan Digital ITB

Carbon dots (CDs) menjadi salah satu kandidat yang baik untuk aplikasi evaporasi surya karena mempunyai kapabilitas menyerap cahaya yang tinggi dan mengkonversi cahaya menjadi panas yang baik. Namun absorbansi yang dimiliki CDs hanya tinggi pada spektrum daerah UV sehingga perlu difungsionalisasi untuk memperlebar spektrum absorbansi CDs sepanjang spektrum cahaya matahari. Penambahan nitrogen pada CDs diketahui mampu memperlebar spektrum absorbansi hingga cahaya tampak. Selain itu, penambahan nitrogen yang berlebihan dapat meningkatkan relaksasi non-radiatif yang didisipasi menjadi panas. Namun, pengaruh penambahan nitrogen terhadap sifat fototermal CDs dan kinerja evaporasi surya belum pernah dilaporkan. Oleh karena itu, penelitian ini bertujuan untuk mengembangkan material fototermal berbasis CDs yang didoping dengan atom nitrogen untuk memperlebar spektrum absorbansi sehingga dapat meningkatkan efisiensi evaporasi surya. CDs doping nitrogen (NCDs) diperoleh menggunakan metode microwave pirolisis dengan bahan dasar prekursor asam sitrat dan urea. Saat disinari cahaya UV, CDs memiliki pendaran dari warna biru ke hijau kekuningan dengan jumlah nitrogen yang bertambah. Spektra fotoluminesensi (PL) menunjukkan pergeseran ke arah panjang gelombang lebih tinggi (red-shift) dengan intensitas terendah dihasilkan oleh CDs dengan rasio molar asam sitrat:urea 1:3 yang mungkin dipengaruhi oleh gugus fungsi di permukaan CDs. Penambahan nitrogen dengan rasio molar 1:3 sampai 1:6 memunculkan puncak absorbansi baru di 280 nm dan 405 nm yang juga disebabkan oleh gugus fungsi mengandung nitrogen di permukaan CDs. Selain itu, CDs dengan rasio molar asam sitrat:urea 1:3 memiliki distribusi ukuran partikel lebih kecil (dalam rentang 2-9 nm) dibandingkan CDs dengan rasio molar 1:1 (dalam rentang 15-35 nm) yang dapat dijelaskan dengan semakin banyak jumlah atom pada permukaan CDs menghasilkan stress/strain dan pertubasi struktural secara bersamaan sehingga menekan pertumbuhan partikel. Permukaan NCDs mempunyai gugus fungsi karboksil, hidroksil, amina, dan karbonil. Penambahan nitrogen dari rasio molar 1:1 hingga 1:3 menunjukkan adanya ikatan C=N dari spektra Fourier Transform Infrared (FTIR). Namun jumlah nitrogen yang semakin bertambah dari 1:4 hingga 1:6, ikatan C=N menurun dan muncul puncak baru dari ikatan C-N=. Hasil ini mengindikasikan bahwa ikatan C=N mungkin berperan dalam fototermal NCDs. NCDs dengan rasio molar asam sitrat dan urea 1:3 menunjukkan perubahan temperatur (12.5oC), laju evaporasi (1,14 kg m-2 h-1), dan efisiensi evaporasi (71,48%) paling tinggi. Hasil uji evaporasi ini menunjukkan kecenderungan yang sebanding dengan absorbansi, namun berbanding terbalik dengan intensitas PL. Hal ini mengindikasikan bahwa ada kompetisi antara PL CDs (relaksasi radiatif) dengan termal yang dihasilkan (relaksasi non-radiatif). NCDs rasio molar 1:3 menjadi material absorber yang optimum untuk aplikasi evaporasi surya.