Struktur dan Aktivitas Fotokatalitik Komposit Graphitic Carbon Nitride/Fe-TiO2 Nanotube (g-C3N4/FeTNT) dengan Variasi Persen Massa g-C3N4 terhadap Naphthol Blue Black

Abstract

TiO2 nanotube (TNT) merupakan material semikoduktor tipe-n yang banyak digunakan sebagai aplikasi fotokatalisis dengan morfologi berupa tabung (tube). Sintesis TNT dimodifikasi dengan penambahan dopan Fe3+ untuk memperoleh Fe-TiO2/Nanotube (Fe-TNT) yang mampu menurunkan energi band gap semakin kecil. Aktivitas fotokatalis dapat ditingkatkan dengan penggabungan g-C3N4 untuk membentuk komposit g-C3N4/Fe-TNT. Material g-C3N4 merupakan semikonduktor polimer dengan energi band gap sekitar 2,7 eV yang digunakan sebagai fotokatalis yang responsif terhadap cahaya tampak. Komposit g-C3N4/FeTNT mampu meningkatkan aktivitas fotokatalitik melalui distribusi TiO2 nanotube pada lembaran g-C3N4. Tujuan pada penelitian ini untuk mengetahui pengaruh variasi persen massa g-C3N4/Fe-TNT terhadap karakteristik komposit g-C3N4/FeTNT dan mengetahui pengaruh lama penyinaran terhadap aktivitas fotokatalitik Naphthol Blue Black. Penelitian dilakukan secara 3 tahap dengan menggunakan sintesis Fe-TNT metode hidrotermal dengan mereaksikan TiO2 micropowder dan NaOH 10 M dengan rasio mol 0,025:1 serta penambahan dopan Fe3+ sebesar 1%. Sintesis graphitic carbon nitride (g-C3N4) melalui metode polimerisasi termal menggunakan melamin yang dikalsinasi pada suhu 550°C selama 4 jam ke dalam muffle furnace. Sintesis komposit g-C3N4/Fe-TNT dilakukan dengan metode impregnasi basah dengan mereaksikan Fe-TNT dan g-C3N4 menggunakan pelarut etanol disertai pengadukan pada suhu kamar selama 24 jam. Komposit g-C3N4/FeTNT dikarakterisasi menggunakan X-Ray Diffraction (XRD), Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR), Raman Spectroscopy, Scanning Electron Microscopy-Energi Dispersive X-Ray (SEM-EDX), Surface Are Analyzer-isoterm BET, dan Spektrofotometer Uv-Vis DRS. Komposit g-C3N4/Fe-TNT menggambarkan fasa kristal TiO2 anatase dan puncak khas g-C3N4 sesuai dengan ICSD. Spektrum IR menunjukkan serapan regangan -OH/-NH 3413-3157 cm-1, regangan Ti-O-Ti 649 cm-1, Fe-O pada 599 cm-1, 1227 cm-1 menunjukkan stretching of aromatic C-N heterocycles, 1625 cm-1 C=N stretching vibrations, serta pita serapan lebar 3116 cm-1 merupakan N-H stretching vibrations, dan lekukan triazin 802 cm-1. Spektrum Raman puncak anatase 143,63 (Eg), 395,87 (B1g), 513,73 (A1g), serta 638,10 (Eg) cm-1 dan puncak g-C3N4 pada 706,91 cm-1 menunjukkan heptazine ring breathing mode serta puncak meluas pada 1234,34 cm-1 yang menunjukkan vibrasi regangan C-N/C=N heterosiklik. Morfologi Fe-TNT menyerupai serabut panjang (fiber) dan g-C3N4 berupa lembaran-lembaran padat berlapis (bulk-layered sheets), sehingga lapisan gC3N4 pada komposit g-C3N4/Fe-TNT dominan seiring bertambahnya persen massa g-C3N4. Komposisi unsur g-C3N4/Fe-TNT dianalisis menggunakan X-Ray Fluorescence (XRF) yang menunjukkan terdapat unsur Ti, O, Na, Fe, C, dan N, dimana persentase C dan N meningkat seiring bertambahnya g-C3N4. Hasil analisis luas permukaan Fe-TNT menunjukkan luas permukaan yang tinggi sebesar 134,02%, luas permukaan pada komposit g-C3N4/Fe-TNT mengalami penurunan sebesar 95.598; 70.333; 49,659; dan 3.574 m2 /g. Energi band gap komposit gC3N4/Fe-TNT yang diperoleh berada pada rentang 2,72 - 2,67 eV yang dipengaruhi oleh penambahan persen massa g-C3N4. Variasi persen massa g-C3N4 terhadap Fe-TNT mempengaruhi struktur dan meningkatkan aktivitas fotokatalitik pada komposit g-C3N4/Fe-TNT. Penambahan persen massa yang semakin tinggi menghasilkan kandungan unsur C dan N semakin meningkat dan menunjukkan luas permukaan komposit g-C3N4/Fe-TNT semakin rendah. Komposit 10% g-C3N4/Fe-TNT menunjukkan aktivitas fotokatalisis tertinggi dengan luas permukaan paling besar yang mampu mendegradasi Naphthol Blue Black mencapai 77,99% (C0) dan 60,95% (C1) pada menit ke-210.