Perpustakaan Digital ITB

Seng oksida (ZnO) merupakan suatu material semikonduktor yang banyak menarik perhatian dalam beberapa dekade terakhir. ZnO banyak digunakan dalam berbagai aplikasi seperti perangkat optoelektronik, baterai, sensor, katalis, fotokatalis, dan lain sebagainya. Berbagai penelitian telah dilakukan untuk meningkatkan kinerja perangkat berbasis ZnO. Sebagai fotokatalis, aktivitas fotokatalitik ZnO sangat bergantung pada bidang muka kristal yang terekspos. Selain itu, rendahnya luas permukaan dan aksesibilitas ZnO juga menjadi masalah dalam aplikasi ZnO sebagai fotokatalis. Oleh karena itu, perlu dilakukan suatu kajian yang komprehensif tentang strategi-strategi yang dapat dilakukan untuk mengatasi kekurangan ZnO sebagai fotokatalis. Pada penelitian ini, ZnO yang mengekspos bidang muka kristal tertentu disintesis menggunakan campuran pelarut air-alkohol. ZnO berstruktur nano dengan luas permukaan tinggi disintesis menggunakan pelarut air-etilen glikol dan media makroemulsi. Selain itu, dilakukan juga dekorasi nanopartikel ZnO ke permukaan material dengan luas permukaan tinggi (?Al2O3). Aktivitas fotokatalitik partikel-partikel hasil sintesis diuji pada reaksi fotodegradasi zat warna rhodamin B. Campuran air-alkohol memfasilitasi terbentuknya ZnO nanokristal dengan bentuk dan morfologi berbeda. Alkohol berantai karbon genap menghasilkan ZnO dengan morfologi menyerupai bunga. Sedangkan alkohol berantai karbon ganjil menghasilkan ZnO nanokristal dengan bentuk yang menunjukkan bidang muka kristal yang terekspos dengan jelas. ZnO_metanol berbentuk batang heksagonal dengan ujung mengerucut, ZnO_isopropanol berbentuk piramida heksagonal terpancung, sedangkan ZnO_pentanol berbentuk lempengan heksagonal. Sampel ZnO_metanol memberikan nilai aktivitas fotokatalitik terbaik dengan konstanta laju fotodegradasi sebesar 0,0093 menit-1 dan efisiensi maksimum fotodegradasi sebesar 90,40% selama 30 menit. Aktivitas fotokatalitik yang tinggi pada ZnO_metanol merupakan kontribusi dari tingginya persentase bidang {101?0} terekspos (71,89%). Pada sintesis menggunakan campuran air-etilen glikol, keberadaan urea memegang peranan penting dalam pembentukan ZnO berstruktur nano. Saat proses hidrotermal berlangsung, Zn(NO3)2.6H2O bereaksi dengan urea membentuk zinc hydroxide carbonate (Zn5(CO3)2(OH)6/ZHC). ZHC kemudian mengalami dekomposisi menjadi ZnO pada suhu 500 o C. Penambahan surfaktan CTAB, SDS dan PVP pada sintesis ZnO dalam campuran pelarut air-etilen glikol telah berhasil menghambat pertumbuhan kristal ZnO pada arah bidang-bidang tertentu, sehingga partikel ZnO yang dihasilkan mempunyai morfologi dan porositas yang berbeda. Sampel yang disintesis menggunakan PVP mempunyai luas permukaan dan porositas paling tinggi, sehingga sangat cocok digunakan sebagai fotokatalis. Sampel tersebut memberikan nilai aktivitas fotokatalitik terbaik dengan konstanta laju fotodegradasi sebesar 0,1349 menit-1 , efisiensi fotodegradasi sebesar 92,23% selama 30 menit, nilai energi aktivasi (Ea) sebesar 19,26 kJ mol-1 , serta mampu mempertahankan nilai efisiensi fotodegradasi pada 50,81% setelah tiga kali penggunaan. Media makroemulsi memiliki peran dalam menghasilkan morfologi yang unik pada pertikel ZnO hasil sintesis. Pada kondisi asam, partikel yang dihasilkan memiliki morfologi berupa lembaran berpori, sedangkan sintesis pada kondisi basa menghasilkan partikel berbentuk batang dengan permukaan berbulu. Sintesis menggunakan prekursor yang berbeda pada kondisi basa menunjukkan bahwa prekursor seng asetat menghasilkan partikel dengan morfologi yang lebih seragam (sampel ZnO_Ac_U2) dibandingkan dengan prekursor seng nitrat (sampel ZnO_Nit_U2). Morfologi yang seragam pada sampel ZnO_Ac_U2 memberikan kontribusi terhadap tingginya luas permukaan, energi celah pita yang lebih sempit, dan densitas cacat kristal yang tinggi. Hasil pengujian aktivitas fotokatalitik pada reaksi fotodegradasi rhodamin B menunjukkan bahwa sampel ZnO_Ac_U2 memiliki efsiensi fotodegradasi sebesar 72,57% selama 30 menit, konstanta laju reaksi fotodegradasi sebesar 0,1962 menit-1 , serta mampu mempertahankan nilai efisiensi fotodegradasi pada 50,54% setelah tiga kali penggunaan. Selain sintesis fotokatalis ZnO nanokristal dan ZnO berstruktur nano, dilakukan juga sintesis ZnO nanopartikel yang terdekorasi ke permukaan ?-AlOOH dan ?Al2O3. Material ?-AlOOH yang disintesis menggunakan media misel terbalik memiliki morfologi menyerupai bunga. Material ini mengalami transformasi menjadi ?-Al2O3 pada suhu 550 o C yang juga disertai dengan perubahan sifat optik material. Material ?-Al2O3 memiliki energi celah pita yang lebih sempit dan jenis cacat kristal yang lebih banyak. Aktivitas fotokatalitik ?-Al2O3 terdekorasi ZnO bergantung pada konsentrasi prekursor garam seng yang digunakan. Hasil pengujian aktivitas fotokatalitik menunjukkan bahwa sampel yang disintesis dengan konsentrasi garam seng paling tinggi (ZnO_D/?-Al2O3) memiliki aktivitas fotokatalitik terbaik dengan nilai konstanta laju (k) sebesar 0,1154 menit-1 . Nilai konstanta laju reaksi ini sembilan belas kali lebih besar dari fotokatalis ?-Al2O3 yang tidak terdekorasi ZnO. Selain itu, fotokatalis ZnO_D/?-Al2O3 mampu mendegradasi larutan rhodamin B hingga 84,08% dalam waktu 30 menit. Tingginya aktivitas fotokatalis ZnO_D/?-Al2O3 difasilitasi oleh energi celah pita yang lebih sempit, rapat cacat kristal yang tinggi, serta terbentuknya heterojunction antara ZnO dan ?-Al2O3. Heterojunction antara ZnO dan ?-Al2O3 yang berperan dalam meningkatkan lifetime elektron dan meminimalisir laju rekombinasi elektron-hole