Perpustakaan Digital ITB

Titanium dioksida (TiO2) merupakan material fotokatalis yang telah banyak digunakan untuk mendegradasi limbah organik yang sulit terurai, seperti zat warna sintetik, tanpa menghasilkan produk samping berbahaya. Namun, TiO2 memiliki bandgap sekitar 3,2 eV hanya mampu menyerap 5% sinar matahari pada daerah ultraviolet (UV). Untuk meningkatkan penyerapan pada daerah cahaya tampak dan inframerah, TiO2 dimodifikasi menjadi TiO2 tereduksi (black TiO2) dengan bandgap lebih rendah (<3,0 eV). Sintesis black TiO2 menggunakan natrium borohidrida (NaBH4) umumnya dilakukan melalui pemanasan furnace yang membutuhkan energi tinggi dan waktu proses yang panjang, sedangkan pemanasan microwave menawarkan metode yang lebih cepat dan efisien. Disisi lain, partikel TiO2 maupun black TiO2 mudah teraglomerasi, tenggelam akibat densitas tinggi, dan rekombinasi elektron–lubang yang cepat sehingga menurunkan aktivitas fotokatalitik. Material karbon teraktivasi berbasis gabus digunakan sebagai material penyangga karena memiliki densitas rendah yang memungkinkan katalis terangkat ke permukaan, serta sifat konduktif yang dapat memperlambat rekombinasi muatan. Oleh karena itu, penelitian ini bertujuan mensintesis komposit black TiO2/karbon teraktivasi berbasis gabus menggunakan pemanasan microwave dan mengevaluasi performa fotokatalitiknya di bawah cahaya tampak. Black TiO2 disintesis dari TiO2 murni melalui metode reduksi kimia menggunakan NaBH4 dalam media isopropil alkohol yang dikombinasikan dengan distilasi dan iradiasi microwave. Material hasil sintesis kemudian dikarakterisasi secara komprehensif untuk mengevaluasi morfologi, komposisi, struktur kristal, sifat permukaan, dan karakteristik optiknya. Aktivitas fotokatalitik diuji melalui degradasi Rhodamine 6G (R6G) di bawah iradiasi cahaya tampak, sedangkan dinamika rekombinasi muatan dianalisis menggunakan time-resolved photoluminescence. Selain itu, material penyangga berupa karbon berbasis gabus disintesis melalui karbonisasi berbantuan microwave dan aktivasi kimia menggunakan H3PO4, kemudian dikompositkan dengan black TiO2 untuk membentuk material komposit fotokatalis. Performa fotokatalitik komposit selanjutnya dievaluasi untuk mengkaji pengaruh penyangga karbon terhadap peningkatan aktivitas fotokatalitik. ii Black TiO2 berhasil disintesis secara optimal melalui pemanasan microwave pada daya 800 W selama 60 menit menggunakan NaBH4 sebesar 50 wt.% dengan kandungan IPA tersisa sekitar 35% setelah distilasi, yang menghasilkan kondisi reduksi TiO2 yang optimal tanpa reaksi berlebih selama proses sintesis. Perubahan warna TiO2 pristine dari putih menjadi hitam menunjukkan indikasi awal terbentuknya black TiO2. Hasil karakterisasi menunjukkan ukuran partikel sebesar 49,9 ± 5,6 nm (dua kali lebih besar dibandingkan TiO2 pristine) dengan rasio mol O:Ti sebesar 1,3 yang mengindikasikan terbentuknya struktur nonstoikiometri TiO2-x. Karakterisasi lebih lanjut menunjukkan terbentuknya lapisan amorf pada permukaan partikel dengan inti yang tetap kristalin, disertai penurunan kristalinitas, pelemahan vibrasi Ti–O dan O–Ti–O berdasarkan analisis FTIR, serta penurunan intensitas difraksi sinar-X. Keberadaan fasa Ti3O5, spesies Ti3+, dan kekosongan oksigen mengonfirmasi keberhasilan reduksi TiO2. Black TiO2 menunjukkan aktivitas fotokatalitik sebesar 49,2 ± 2,0% dalam degradasi R6G di bawah cahaya tampak selama 4 jam, atau sekitar lima kali lebih tinggi dibandingkan TiO2 pristine. Peningkatan ini dipengaruhi oleh penurunan bandgap menjadi 1,50 eV yang memperluas penyerapan cahaya tampak, serta hasil PL yang menunjukkan laju rekombinasi elektron–lubang lebih lambat dengan efisiensi transfer energi sebesar 30,6%. Uji penangkapan radikal menunjukkan bahwa radikal superoksida (•O2?) berperan dominan dalam proses fotokatalitik. Material penyangga berbasis gabus berhasil dikonversi menjadi karbon teraktivasi melalui aktivasi H3PO4 dan pemanasan microwave pada 800 W selama 1 menit. Karbon teraktivasi yang dihasilkan berwarna hitam, ringan, dan tetap mengapung dengan densitas 0,11 g/cm3 serta memiliki konduktivitas listrik sebesar 0,9723 ± 0,0075 S/cm, atau 648 kali lebih tinggi dibandingkan karbon tanpa aktivasi. Karakterisasi menunjukkan morfologi permukaan berpori dengan ukuran rata-rata pori 40,7 ± 5,1 ?m dan kandungan karbon sebesar 84,9%. Hilangnya gugus C–H dan bidang selulosa (2 0 0) mengindikasikan dekomposisi lignoselulosa dan pembentukan struktur karbon amorf. Komposit black TiO2/karbon teraktivasi mampu mendegradasi R6G sebesar 79,9 ± 3,3% di bawah cahaya tampak selama 4 jam, atau 1,6 kali lebih tinggi dibandingkan black TiO2 tanpa penyangga. Peningkatan aktivitas ini dikaitkan dengan peran karbon teraktivasi dalam menekan rekombinasi elektron–lubang dan meningkatkan transfer elektron, sementara radikal superoksida (•O2?) tetap menjadi spesies aktif dominan selama proses fotokatalitik. Temuan ini menunjukkan bahwa komposit black TiO2/karbon teraktivasi berbasis gabus berpotensi sebagai fotokatalis apung yang efisien dan menjanjikan untuk aplikasi pengolahan limbah pewarna sintetis di bawah cahaya tampak.