Perpustakaan Digital ITB

Carbon dots merupakan nanomaterial karbon berdimensi nol yang memiliki keunggulan karakterisitik diantaranya sifat fotoluminesensi dan absorbansi yang dapat dimodulasi, stabil secara kimia, toksisitas rendah, serta berpotensi dikembangkan untuk aplikasi optoelektronik, konversi spektral LED, sensor, dan biomedis. Meskipun demikian, pengembangan CDs beremisi panjang gelombang (kuning–merah) yang efisien masih menghadapi berbagai tantangan: (i) banyak rute sintesis masih mengandalkan pelarut dan kondisi pemrosesan yang kurang ramah lingkungan serta proses sintesis yang berlangsung lama, (ii) hubungan kausal antara sintesis bebas pelarut dengan pembentukan konfigurasi nitrogen tertentu (pyrrolic-N, pyridinic-N, graphitic-N) dan konsekuensinya terhadap penyempitan celah energi dan pergeseran emisi belum dievaluasi secara menyeluruh, dan (iii) pada sifat absorbansi, pengaruh posisi gugus donor–akseptor (amino dan karbonil) terhadap pergeseran serapan (redshift absorption) belum dirumuskan secara sistematis pada model CDs berbasis kerangka aromatik. Disertasi ini menawarkan kebaruan melalui integrasi dua pendekatan penelitian yang saling menguatkan: pengembangan sintesis bebas pelarut (solvent-free) berbantuan gelombang mikro untuk menghasilkan CDs multiwarna terdoping nitrogen dalam waktu reaksi sangat singkat, serta kajian teoritis DFT/TD-DFT untuk memetakan pengaruh posisi gugus amino (NH?) dan karbonil (C=O) terhadap struktur elektronik dan spektrum serapan. Secara metode, CDs disintesis melalui strategi bebas pelarut (solvent-free) berbantuan pemanasan gelombang mikro menggunakan prekursor nitrogen, kemudian dipisahkan menjadi fraksi beremisi kuning (y-CDs) dan merah (r-CDs). Karakterisasi optik dan struktur dilakukan menggunakan UV–Vis/PL serta HRTEM dan XPS untuk mengidentifikasi kontribusi konfigurasi nitrogen dan komposisi permukaan. Pada bagian komputasi, model CDs berbasis polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) difungsionalisasi oleh gugus NH? dan C=O pada berbagai posisi, kemudian dianalisis menggunakan DFT dan TD-DFT untuk mengevaluasi perubahan orbital frontier dan celah energi, dan karakter intramolecular charge transfer (ICT) yang terkait dengan pergeseran absorbansi (redshift). Hasil penelitian menunjukkan bahwa sintesis solvent-free mampu menghasilkan emisi kuning hingga merah secara cepat, dan analisis XPS mengindikasikan fraksi beremisi merah memiliki kontribusi konfigurasi nitrogen yang lebih terintegrasi pada domain sp² (ditunjukkan oleh pengayaan graphitic-N) yang berkorelasi dengan penyempitan celah energi dan perubahan sifat optik. Perbedaan komposisi nitrogen–oksigen pada permukaan juga berkaitan dengan perbedaan polaritas, yang memfasilitasi pemisahan fraksi y-CDs dan r-CDs tanpa modifikasi kimia tambahan. Pada sisi absorbansi, perhitungan DFT/TD-DFT menegaskan bahwa penataan posisi gugus donor (NH?) dan akseptor (C=O) mengendalikan pergeseran serapan melalui perubahan energi HOMO–LUMO dan penguatan mekanisme ICT. Pergeseran absorbansi (redshift) paling menonjol muncul ketika konfigurasi posisi memungkinkan kopling elektron–hole yang efektif, sedangkan konfigurasi yang kurang mendukung menghasilkan perubahan yang terbatas. Secara keseluruhan, disertasi ini memperjelas keterkaitan antara strategi sintesis bebas pelarut, konfigurasi nitrogen, serta posisi gugus fungsi terhadap sifat emisi dan absorbansi CDs. Temuan ini memberikan dasar mekanistik untuk memodulasi CDs beremisi panjang gelombang dan berpotensi mempercepat desain material untuk konversi spektral LED, sensor berbasis permukaan, serta pengembangan platform optik menuju wilayah tampak-merah hingga near-infrared (NIR).