Perpustakaan Digital ITB

Silika bermorfologi bicontinuous concentric lamellar (bcl) memiliki banyak keunggulan di antaranya yakni struktur pori terbuka, luas permukaan besar, ukuran partikel dapat diatur, ukuran dan volume pori dapat ditingkatkan, stabilitas mekanik, termal, dan hidrotermal tinggi. Morfologi yang unik serta struktur porinya yang terbuka sangat menarik untuk dikaji lebih lanjut. Oleh karena itu, pada penelitian ini dilakukan analisis kuantitatif morfologi dan struktur pori silika bcl secara mudah dan sederhana melalui pengolahan citra SEM (scanning electron microscope) dan TEM (transmission electron microscope). Untuk lebih memahami pencitraan mikroskop elektron, maka jalur elektron selama pencitraan SEM disimulasikan melalui simulasi Monte-Carlo menggunakan perangkat lunak CASINO. Selanjutnya, morfologi dan struktur pori silika bcl dikaji menggunakan berbagai teknik pengolahan citra, termasuk analisis citra biner, entropi Shannon, dan profil intensitas nilai abu-abu menggunakan perangkat lunak ImageJ dan MATLAB. Hasil pengamatan secara kualitatif citra SEM menunjukkan morfologi silika bcl berbentuk bola dengan lamela bikontinu dan terdapat struktur saluran terbuka di antara lamela. Simulasi Monte-Carlo menunjukkan bahwa densitas partikel silika memengaruhi diameter pelepasan lintasan elektron dan akan memengaruhi jumlah sinyal yang terdeteksi oleh detektor. Semakin kecil densitas partikel silika, diameter pelepasannya akan semakin besar, sehingga citra yang dihasilkan oleh SEM dapat mencakup informasi yang lebih lengkap tentang morfologi dan struktur permukaan sampel. Silika bcl memiliki densitas yang relatif rendah dibandingkan silika non pori, karena strukturnya yang unik dan porositas yang tinggi. Oleh karena itu, simulasi ini dapat menggambarkan variasi kontras topografi pada citra SEM silika bcl, yaitu keberadaan lamela dan pori berbentuk saluran terbuka. Variasi kontras topografi pada citra SEM melandasi analisis kepadatan lamela melalui kuantisasi citra biner. Kuantisasi citra biner menghasilkan nilai rasio luas penampang lamela terhadap luas total (AL/Atotal). Silika bcl yang disintesis dengan metode refluks selama 8 jam menghasilkan nilai AL/Atotal sebesar 50% dan ukuran V-groove (sudut ?) sebesar 4,1°. Perbandingan dengan partikel silika dari publikasi eksternal menunjukkan bahwa kepadatan lamela tinggi menyebabkan peningkatan AL/Atotal dan penurunan ?, sementara kepadatan lamela rendah menghasilkan penurunan AL/Atotal dan peningkatan ?. Selanjutnya, entropi Shannon dapat mengukur tingkat kompleksitas suatu citra. Entropi Shannon tersebut memperhitungkan keacakan distribusi intensitas piksel citra. Semakin lama waktu refluks, hingga 72 jam, entropi Shannon dari citra SEM silika bcl meningkat. Nilai entropi yang semakin tinggi menandakan variasi piksel skala abu-abu yang semakin luas. Lebih lanjut lagi, morfologi internal silika bcl dianalisis melalui profil intensitas nilai abu-abu dari citra TEM. Profil intensitas nilai abu-abu di sepanjang diameter partikel dalam bentuk garis maupun secara menyeluruh dalam bentuk lingkaran menunjukkan kepadatan tinggi di inti partikel dan kepadatan semakin rendah menuju tepi partikel. Hasil kuantisasi tersebut semakin memvalidasi sifat konsentris dan membuktikan struktur pori silika bcl berbentuk V atau dikenal dengan istilah V-groove. Keunikan morfologi bcl mampu mendukung aplikasi silika di berbagai bidang, di antaranya bidang sel surya dan fotokatalisis. Penggunaan silika bcl sebagai mikro reflektor dalam fotoanode sel surya tersensitasi zat warna (dye-sensitized solar cell, DSSC) dapat meningkatkan efisiensi sebesar 16,7%. Hasil pengukuran kinerja DSSC menunjukkan bahwa silika bcl lebih unggul dibanding silika MCM-41 karena keberadaan morfologi bcl mampu meningkatkan kontras indeks bias sehingga memfasilitasi peningkatan refleksi internal total. Simulasi menggunakan pendekatan medium efektif Bruggeman membuktikan bahwa silika bcl memiliki indeks bias efektif yang lebih rendah dibandingkan silika non-pori dan TiO2. Sementara dalam bidang fotokatalisis, silika bcl digunakan sebagai penyangga katalis semikonduktor seria (CeO2) maupun titania (TiO2). Pengujian aktivitas fotokatalitik dilakukan secara in situ menggunakan spektroskopi fotoluminesensi. Silika bcl terdekorasi seria dengan pemuatan 8 mmol serium(IV) amonium nitrat menunjukkan efisiensi fotokatalitik tertinggi yakni 47% dalam waktu 90 menit, dengan laju fotodegradasi sebesar 24,9 × 10?3 menit?1. Hasil ini melampaui seria murni dengan efisiensi fotokatalitik sebesar 39% dalam waktu 90 menit dan laju fotodegradasi sebesar 10,7 × 10?3 menit?1. Selain itu, silika bcl terdekorasi titania dengan pemuatan 0,1 mol titanium tetraklorida mencapai efisiensi fotokatalitik tertinggi yakni 98% dalam waktu 47 menit dengan laju fotodegradasi sebesar 105 × 10?3 menit?1. Secara keseluruhan, penelitian ini mengungkapkan potensi aplikatif silika bcl dalam bidang sel surya dan fotokatalisis serta memberikan pemahaman mendalam terhadap sifat morfologis dan kinerja silika bcl dalam aplikasi tersebut.