Karakteristik Sifat Optik Nanopartikel N-TiO2 yang Disintesis dengan Metode Sol-gel

Abstract

TiO2 merupakan semikonduktor yang memiliki banyak keunggulan seperti fotoaktivitas yang baik, luas permukaan yang besar, kestabilan kimia dan termal, fabrikasinya mudah dan murah, serta bersifat nontoxic. Material TiO2 memiliki tiga bentuk kristal, yaitu: fase kristal rutile memiliki energy band gap sebesar 3,0 eV, fase kristal anatase memiliki energy band gap sebesar 3,2 eV, dan fase kristal brookite memiliki energy band gap sebesar 3,4 eV. TiO2 memiliki kemampuan yang dapat mengabsorbsi energi foton pada daerah sinar ultraviolet (𝜆 < 405 𝑛𝑚). Sinar ultraviolet yang sampai ke permukaan bumi diketahui hanya 7% dan jauh lebih kecil daripada cahaya tampak yang memiliki 47% dari keseluruhan sinar matahari. Oleh karena itu, perlu dilakukan optimasi kinerja TiO2 agar dapat meningkatkan proses penyerapan cahaya. Optimasi kinerja TiO2 dilakukan dengan cara doping. Doping anion seperti N, C, S, dan P mampu mengubah serapan cahaya hingga ~500 nm. Dari beberapa unsur tersebut dopan nitrogen sangat efektif karena ukuran partikelnya tidak jauh berbeda dari ukuran partikel oksigen sehingga TiO2 doping nitrogen sangat layak untuk diteliti. Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui proses pembuatan nanopartikel N-TiO2 menggunakan metode sol-gel, dan untuk mempelajari parameter doping nitrogen terhadap karakteristik sifat optik, kristalinitas, dan ukuran partikel nanopartikel N-TiO2 melalui sintesis sol-gel. Hasil penelitian diharapkan mampu memberikan informasi tentang parameter sintesis nanopartikel N-TiO2 yang baik melalui metode sol-gel serta karakteristik nanopartikel N-TiO2 yang optimal Kegiatan penelitian yang dilakukan antara lain: (1) tahap sintesis nanopartikel N-TiO2 menggunakan metode sol-gel; (2) tahap karakterisasi nanopartikel N-TiO2. Sintesis N-TiO2 dilakukan dengan bahan Titanium (IV) Isoproxide (TTIP) sebagai prekursor titania dan ammonium solution digunakan sebagai prekursor nitrogen. Konsentrasi TTIP yang digunakan adalah 0,1 M dengan rasio hidrolisis (TTIP:H2O) 1:4, sedangkan konsentrasi larutan NH3 yang digunakan 3,5 M, 4 M, dan 4,5 M. Tahap sintesis secara berurutan dilakukan dengan melarutkan 4,145 mL TTIP ke dalam 136 mL metanol, aquademin 1 mL dimasukkan ke dalam larutan TTIP dan NH3 ditambahkan secara perlahan-lahan. Semua bahan diaduk selama 1 jam di dalam bak es. Nanosol N-TiO2 yang terbentuk dibiarkan dalam kondisi gelap selama 48 jam. Aerogel N-TiO2 dikeringkan pada suhu 60oC selama (4x4) jam dan dikalsinasi pada suhu 400oC selama 1 jam. Hasil sintesis dikarakterisasi UV-Vis, XRD, dan SEM. Pada penelitian ini telah dilakukan sintesis dan karakterisasi nanopartikel N-TiO2 menggunakan metode sol-gel. Hasil karakterisasi dengan UV-Vis menunjukkan bahwa doping nitrogen dapat meningkatkan rentang absorpsi dari sinar UV ke cahaya tampak, yaitu pada panjang gelombang 300 nm – 500 nm, energy band gap TiO2 yang didoping nitrogen mengecil dari 3,58 eV sampai 3,38 eV dan meningkatkan fotoaktivitas TiO2 dibawah cahaya tampak. Karakterisasi XRD dengan pengolahan data menggunakan software Highscore Plus diperoleh informasi TiO2 yang didoping nitrogen mengalami penurunan ukuran kristal 17,166 nm untuk TiO2 dan 15,195 nm untuk N-TiO2 pada bidang (220). Pada software HigscorePlus, TiO2 dan N-TiO2 berfase anatase dengan komposisi berturut-turut 99,6% dan 99,3%. Hasil karakterisasi SEM diperoleh ukuran partikel pada sampel TiO2 dan N-TiO2 berkisar antara 10 nm – 100 nm