Perpustakaan Digital ITB

ZnO merupakan semikonduktor dengan celah pita yang lebar yaitu 3,33-3,37 eV dan sifat optik yang tinggi di daerah UV. Pemberian doping karbon pada ZnO dapat menurunkan energi celah pita dan menunjukkan penyerapan optik yang lebih luas sehingga dapat menjadi alternatif dalam memperbaiki kerja divais. Pada penelitian ini ZnO doping karbon dipreparasi menggunakan metode sputtering dan pirolisis untuk memodifikasi struktur permukaan serta pengaruhnya pada sifat listrik dan sifat optik. Di samping itu, metode teori fungsional kerapatan juga dilakukan untuk mendukung data eksperimen. Pada metode sputtering diperoleh sampel dalam bentuk film tipis di mana ZnO dan ZnO doping karbon (ZnO:C-1, ZnO:C-2) tumbuh di atas substrat Silikon (100) dengan parameter deposisi yang sudah dioptimasi (Daya= 12W, suhu penumbuhan =300 ?, waktu= 4 jam, tekanan = 0,3 kPa). Perlakuan pemanasan setelah deposisi (thermal annealing) diterapkan pada film tipis ZnO dengan suhu 600 ? (ZnO/ann600) dan 800 ? (ZnO/ann-800) di bawah aliran gas oksigen selama 10 menit. Selanjutnya, dengan metode pirolisis diperoleh sampel berbentuk serbuk, di mana Zn-MOF dikonversi menjadi ZnO/C setelah pemanasan pada suhu 450 ? selama 2 jam dalam kondisi atmosfer yang bervariasi: nitrogen, oksigen, dan udara (ZnO/C-O2, ZnO/C-N2, ZnO/C-udara). Penelitian ini melibatkan uji fotokatalitik dengan tujuan mengevaluasi kapabilitas degradasi polutan Rhodamine-B pada konsentrasi 20 ppm. Pengujian fotokatalitik sampel ZnO/C turunan ZnMOF dilakukan menggunakan portable solar simulator PEC-L01 (1000 W/m2 ). Film tipis ZnO yang ditumbuhkan menggunakan metode sputtering menghasilkan struktur nanokolumnar berbentuk kerucut (tinggiZnO= 850 nm) dan berubah secara signifikan menjadi batang setelah di anil pada suhu 600 ? (tinggiZnO/ann-600=600 nm) dan 800 ? (tinggiZnO/ann800=300 nm). Perlakuan termal annealing mendorong peningkatan konstanta kisi c dari 5,224 ? (ZnO) menjadi 5,226 ? (ZnO/ann-600). Selanjutnya, kami menemukan respons polarisasi berbentuk elips tanpa saturasi, yang menunjukkan adanya kebocoran arus dan kekosongan oksigen yang dominan pada sampel. Polarisasi tertinggi terdapat pada ZnO/ann-600 (|+Pr/-Pr|= 2,06) yang berhubungan dengan peningkatan konstanta kisi c. Disamping itu, karakteristik feroelektrik diamati pada ZnO/ann-800, dengan respon polarisasi lebih rendah (|+Pr/-Pr|= 1,14) karena tingginya densitas batang nanokolumnar yang terbentuk pada sampel. Film tipis ZnO didoping karbon yang ditumbuhkan menggunakan metode sputtering dapat menurunkan tinggi kerucut nanokolumnar ZnO dari 850 nm menjadi 800 nm pada konsentrasi C 12,43% (ZnO:C-1) dan 300 nm pada konsentrasi C 31,76 % (ZnO:C-2). Doping karbon pada ZnO nanokolumnar secara efektif dapat meningkatkan regangan kisi (????????????????= 1,658×10-4 , ????????????????:?????1= 5,995×10-4 dan ????????????????:?????2= 7,249×10-3 ). Loop histeresis P–E menunjukkan ZnO:C-1 memiliki koersivitas tertinggi (11,1 kV/cm) yang berasal dari kekosongan Zn sedangkan ZnO:C-2 memiliki polarisasi remanen (4,7 ?C/cm2 ) yang berasal dari kekosongan oksigen yang menghasilkan material bersifat ferroelektrik. Doping karbon menurunkan celah pita ZnO dari 3,28 eV menjadi 3,25 eV (ZnO:C-1) dan 3,23 eV (ZnO:C-2). Perhitungan secara teori fungsional kerapatan menunjukkan bahwa doping C mengubah struktur pita energi pada daerah energi fermi akibat kontribusi atom C orbital 2p. Metode pirolisis Zn-MOF yang dikonversi menjadi ZnO/C menghasilkan bentuk morfologi yang beragam bergantung pada variasi gas yang diterapkan selama pirolisis. Morfologi ZnMOF dengan bentuk batang berubah menjadi granular (ZnO/C?O2) dan spherical (ZnO/C?udara) sedangkan ZnO/C-N2 tetap mempertahankan bentuk batang. Konsentrasi atom karbon Zn-MOF berubah secara signifikan dari 57,43% menjadi 68,41% (ZnO/C?N2), 62,56% (ZnO/C?O2), dan 27,7% (ZnO/C?udara). Puncak difraksi ZnO/C?O2 menunjukkan kristalinitas tertinggi dibandingkan ZnO/C?udara dan ZnO/C-N2 di mana puncak dominan tumbuh pada arah (101). Selanjutnya, luas permukaan spesifik BET yang diperoleh yaitu 16,8, 6,81, 12,15, 29,26 m2 /g masing-masing pada sampel Zn-MOF, ZnO/C?N2, ZnO/C?O2, dan ZnO/C?udara. ZnO/C?udara menunjukkan kinerja stabilitas yang optimal dengan efisiensi degradasi hingga 94,1% terhadap Rhodamine-B. Penelitian ini berpotensi menyediakan fotokatalitik yang stabil untuk pemurnian air limbah, terutama pada penguraian polutan Rhodamine-B. Di samping itu, hasil penelitian ini juga membuka peluang untuk memperoleh devais multifungsi dengan sensitivitas dan akurasi yang lebih tinggi. Divais multifungsi menerapkan prinsip kopling dan integrasi antara sifat listrik dan optik yang dihasilkan. Selain itu, juga dapat memberikan kontribusi pada ilmu pengetahuan khususnya material ZnO doping karbon melalui komparasi metode, perlakuan thermal annealing, doping karbon, dan pengkonversian material Zn-MOF menjadi ZnO/C.