Pada bab ini akan dibahas hasil-hasil yang diperoleh selama pelaksanaan rangkaian penelitian dari tahapan preparasi larutan prekursor, sintesis nanopartikel ZnO dan core-shell ZnO@SiO2 serta karakterisasi terkait dengan ukuran partikel, ukuran kristalinitas, dan energi celah pita (Eg). Pembahasan ini secara umum didasarkan pada tahapan pembuatan nanopartikel dari fasa larutan (proses formulasi) dan fasa padatan (pengeringan, anil, dan pasca-hidrotermal).
4.1. Analisis Proses Sintesis Nanopartikel ZnO dan Core-Shell ZnO@SiO2 Tahapan yang paling penting dalam proses kimia pada fabrikasi nanopartikel ZnO adalah preparasi nanopartikel ZnO. Preparasi nanopartikel ini dilakukan dengan teknik yang diperkenalkan oleh Spanhel dan Anderson [26], yaitu dengan larutan prekursor. Dengan demikian, tahapan formulasi jumlah seng asetat dan LiOH akan membantu proses fabrikasi nanopartikel dengan metode presipitasi serta perlakuan permukaan dan panas yang optimal.
Untuk memperoleh hasil akhir berupa nanopartikel ZnO yang mampu mengemisikan warna hijau, campuran larutan seng asetat dan LiOH harus memiliki pH 10. Penambahan larutan seng oksida ke dalam larutan LiOH akan terbentuk larutan berwarna transparan, namun dengan pengadukan pada kecepatan konstan, larutan akan berubah warna menjadi putih keruh dengan pH 12, selanjutnya ditambahkan serbuk LiOH agar diperoleh larutan dengan pH 10.[6,20] Larutan transparan yang terbentuk mengindikasikan terjadinya reaksi tepat jenuh antara larutan seng oksida dengan larutan hidroksida sehingga belum terlihat adanya presipitat. Pengadukan membuat reaksi berlangsung lebih cepat dan merata, sehingga muncul presipitat seng hidroksida berwarna putih dengan pH 12. Penambahan serbuk LiOH ke dalam larutan seng hidroksida untuk memperoleh
pH 10, membuat warna larutan semakin keruh, akibat konsentrasi yang melebihi hasil kali kelarutan. Pengamatan visual dapat dilihat pada Gambar 4.1.
(a) (b) (c)
Gambar 4.1. Pengamatan visual (a) larutan LiOH setelah ditambahkan larutan seng oksida, (b) pengadukan dengan kecepatan konstan diperoleh larutan pH 12, (c) penambahan serbuk LiOH
hingga diperoleh larutan pH 10
Reaksi yang terjadi dari pencampuran zat-zat tersebut dapat dilihat pada Persamaan 4.1.
Zn(CH3COO)2 + 2LiOH ↔ 2CH3COOLi + Zn(OH)2 + Zn(OH)42- (4.1) Presipitat Zn(OH)2 dan Zn(OH)42- yang terbentuk sesuai dengan perhitungan stoikiometri, yaitu Zn2+ yang berasal dari larutan seng asetat dan OH- yang berasal dari larutan LiOH. Reaksi diperolehnya ion Zn2+ dan OH- dapat dilihat pada Persamaan Reaksi 4.2 dan 4.3.
Zn2+ + 2 OH- ↔ Zn(OH)2 (4.2)
Zn2+ + 4 OH- ↔ Zn(OH)42- (4.3) Proses formulasi dianalisis sehingga diperoleh formulasi jumlah zat yang optimum. Seng asetat yang digunakan sebanyak 0,043 gram dengan pelarut 20 mL etanol direaksikan LiOH sebanyak 0,036 gram dengan perlarut 20 mL etanol, dimana terjadi reaksi yang optimum antara ion seng dan ion hidroksida dalam keadaan berupa ion terlarut yang akan menjadi presipitat bakalan terbentuknya nanopartikel ZnO yang mampu mengemisikan warna hijau.
Pada proses pembuatan nanopartikel core-shell ZnO@SiO2 ditambahkan air agar terjadi reaksi hidrolisis senyawa tetraethyl orthosilicate (TEOS) menjadi silika dan etanol, ditunkukkan pada Persamaan 2.1.
Senyawa SiO2 akan membentuk ikatan kovalen dengan permukaan nanopartikel ZnO membentuk selubung disekeliling nanopartikel menjadi core-shell ZnO@SiO2. Sementara senyawa etanol akan menguap pada proses drying dengan oven pada temperatur 60oC selama ± 6 jam. Pada proses pembuatan core-shell dilakukan pencampuran nanopartikel ZnO dan silika dengan getaran ultrasonic untuk membantu proses penyelubungan nanopartikel ZnO yang optimal. Diharapkan dengan prekursor dan proses perlakuan permukaan yang optimal, maka proses perlakuan panas, anil dan pasca-hidrotermal, juga dapat berjalan optimal dan menghasilkan ukuran partikel ZnO dalam skala nanometer.
4.2. Analisis Nanopartikel ZnO
Nanopartikel ZnO hasil sintesis diuji dengan XRD, UV-Vis dan TEM. Pengujian dengan XRD diperoleh data kualitatif dan data kuantitatif. Data kualitatif dianalisa untuk menentukan kristalinitas sampel yang diuji dengan melihat ketajaman puncak dan lebar puncak difraksi, sedangkan data kuantitatif berupa ukuran kristalinitas nanopartikel ZnO yang diperoleh dari pengolahan data pelebaran dan sudut difraksi pada puncak-puncak difraksi yang terbentuk.
Data hasil pengujian XRD yang ditunjukkan pada Gambar 4.2. dicocokkan dengan database JCPDS ZnO 36-1451 untuk mengkonfirmasi puncak difraksi yang muncul adalah milik senyawa ZnO. Data ini selanjutanya diolah dengan program Match! dengan memasukan panjang gelombang yang digunakan oleh mesin uji XRD Shimadzu 7000 yaitu 1,5406 Å untuk mengetahui kisi kristal ZnO yang muncul, seperti yang ditunjukan pada Tabel 4.1
Tabel 4.1. Kisi kristal pada sudut difraksi ZnO 2θ (o) Bidang Kristal 31,73 (100) 34,42 (002) 36,22 (101) 47,51 (102) 56,53 (110) 62,83 (103) 67,89 (112)
Gambar 4.2. Puncak difraksi nanopartikel ZnO hasil pengujian dengan XRD. Tanda ( ) menunukkan puncak difraksi ZnO dengan struktur kristal hexagonal wurtzite
Pada Gambar 4.2. data kualitatif yang diperoleh adalah nanopartikel ZnO hasil sintesis memiliki struktur hexagonal wurtzite yang stabil pada temperatur ruang serta tidak terlihat adanya senyawa pengotor. Intensitas puncak difraksi nanopartikel ZnO juga cukup tinggi dengan pelebaran yang relatif sempit. Hal ini menunjukkan bahwa nanopartikel ZnO hasil presipitasi sudah berada pada fasa kristalin. Data kuantitatif dari pengujian XRD diperoleh dengan pengolahan data pada program PeakFit untuk memperoleh nilai full width at half maximum (FWHM) atau pelebaran pada puncak difraksi. Nilai FWHM yang diperoleh ini
kemudian diolah dengan menggunakan persamaan Scherrer sehingga diperoleh ukuran kristalit nanopartikel ZnO. Ukuran kristalit pada nanopartikel ZnO ditunjukkan pada Tabel 4.2. sedangkan detil pengolahan data ukuran kristalit dapat dilihat pada Lampiran L1.1.
Tabel 4.2. Ukuran kristalit nanopartikel ZnO hasil sintesis dengan teknik presipitasi
y = mx + c c k λ Ukuran kristalit t = kλ/c (nm)
ZnO 0,0174 0,89 0,15406 7,88
Nanopartikel hasil sintesis dengan teknik presipitasi baik dari hasil pengamatan maupun pengolahan data menunjukkan telah membentuk fasa kristalin dengan ukuran kristalit rata-rata sebesar 7,88 nm. Hasil ini sesuai dengan penelitian sintesis nanopartikel dengan teknik presipitasi terdahulu[6], dimana nanopartikel yang dihasilkan sudah dalam fasa kristalin dengan struktur kristal hexagonal wurtzite serta memiliki kemurnian yang cukup tinggi.
Untuk mengkonfirmasi ukuran kristalit pada pengujian dengan XRD, dilakukan pengujian spektroskopi UV-Vis, yang hasilnya ditunjukkan pada Gambar 4.3 serta nilai energi celah pita (Eg) hasil pengolahan data ditunjukkan pada Tabel 4.3., sedangkan detil pengolahan data dapat dilihat pada Lampiran L2.1.
Gambar 4.3. Hasil pengujian spektroskopi UV-Vis pada nanopartikel ZnO hasil sintesis teknik presipitasi
Dari gambar 4.3. ditunjukkan bahwa eksitasi terjadi pada panjang gelombang UV 384 nm dan dari hasil pengolahan data yang ditunjukkan pada Tabel 4.3. diperoleh besar energi celah pita (Eg) 3,22 eV. Nilai energi celah pita (Eg) yang diperoleh lebih besar dari energi celah pita (Eg) material ruahnya, yaitu 3,07 eV. Jika dihubungkan dengan hasil pengolahan XRD, penurunan energi celah pita (Eg) terjadi akibat adanya quantum confinement effect, dimana pada ukuran partikel yang kecil memiliki energi celah pita (Eg) yang besar.
Tabel. 4.3. Energi celah pita (Eg) nanopartikel ZnO hasil sintesis dengan teknik presipitasi
y = mx + c m c λ Energi celah pita (Eg) (eV)
ZnO 0,0334 12,852 384,79 3,223
Hasil pengujian dengan TEM ditunjukkan pada Gambar 4.4. Tujuan pengujian ini adalah untuk membandingkan struktur nanopartikel ZnO dan nanopartikel ZnO@SiO2.
(a) (b)
(c) (d)
Gambar 4.4. Hasil pengujian TEM nanopartikel ZnO dengan perbesaran (a) 100000 X, (b) 150000X, (c) 200000 X, dan (d) SAD
Nanopartikel ZnO pada Gambar 4.4.(a), nanopartikel ZnO hasil sintesis membentuk aglomerat dengan beberapa struktur batangan yang terbentuk, 4.4.(b), masih menunjukkan nanopartikel ZnO hasil sintesis yang membetuk aglomerat dengan beberapa struktur batang namun dengan perbesaran yang lebih besar, 4.4.(c) dengan perbesaran yang yang lebih besar, terlihat facet-facet tajam yang menunjukkan kristalinitas nanopartikel ZnO, dan 4.4.(d) pola SAD berupa cincin-cincin yang terbentuk dari difraksi fasa zincite yang mengkonfirmasi kristalinitas nanopartikel ZnO dengan struktur kristal HCP. Hasil ini dibandingkan dengan hasil TEM nanopartikel ZnO pada penelitian yang telah dilakukan oleh Erwan Rauwel, et.al.[16] dan Carla Cannas, et.al. [40]
Ukuran nanopartikel ZnO rata-rata hasil sintesis berdasarkan Gambar 4.4. (a) (b), dan (c) adalah lebih kecil dari 20 nm, yaitu 11,5 nm . Hal ini sesuai dengan penelitian yang dilakukan oleh Xiaosheng, et.al.[6] yang memperoleh nanopatikel ZnO dengan ukuran dibawah 20 nm pada pH 12 dan 10. Nanopartikel ZnO yang dihasilkan sebagian masih amorfus dan sebagian lagi kristalin. Namun secara umum, nanopartikel ZnO sudah dapat dikategorikan sebagai fasa kristalin, seperti yang ditunjukkan oleh Gambar 4.4. (d) SAD yang menampakkan cincin-cincin difraksi yang tegas.
4.3. Analisis Nanopartikel Core-Shell ZnO@SiO2
Nanopartikel core-shell ZnO@SiO2 adalah nanopartikel yang dibuat dengan melakukan modifikasi permukaan nanopartikel ZnO. Nanopartikel ini kemudian diberi perlakuan panas, yaitu anil dengan temperatur konstan dan pasca-hidrotermal dengan variasi temperatur tahan. Hasil pengujian XRD pada nanopartikel core-shell ZnO@SiO2 sebelum diberi perlakuan panas dapat dilihat pada Gambar 4.5. dan ukuran kristalit hasil pengolahan data disajikan pada Tabel 4.4. dengan detil pengolahan data dapat dilihat pada Lampiran L1.2.
Dari Gambar 4.5. hasil pengujian dengan XRD pada nanopartikel core-shell ZnO@SiO2 tidak menunjukkan terbentuknya puncak difraksi baru akibat enkapulasi permukaan nanopartikel ZnO dengan silika. Namun, terdapat
perbedaan puncak difraksi yang terbentuk pada nanopartikel ZnO@SiO2 jika dibandingkan dengan nanopartikel ZnO, yaitu pada awal terbentuknya puncak pada sudut difraksi ± 30o. Puncak yang terbentuk lebih tinggi dengan terbentuknya short range order karena pengaruh silika yang belum membentuk fasa kristalin pada temperatur dan konsentrasi yang rendah sehingga belum cukup untuk membentuk fasa sendiri namun cukup mengganggu puncak difraksi ZnO yang terbentuk. Adapun potensi silika membentuk fasa seng silikat (Zn2SiO4) di permukaan nanopartikel ZnO biasanya terbentuk pada nanokomposit ZnO-SiO2, dimana nanopartikel ZnO terdispersi merata pada matriks silika. Intensitas puncak difraksi yang ditampilkan pada grafik cukup tinggi dan tajam dengan pelebaran yang relatif sempit, serta masih menunjukkan nanopartikel ZnO dengan struktur hexagonal wurzite.
Gambar 4.5. Puncak difraksi nanopartikel core-shell ZnO@SiO2 hasil pengujian dengan XRD. Tanda ( ) menunukkan puncak difraksi ZnO dengan struktur kristal hexagonal wurtzite.
Ukuran kristalit rata-rata yang diperoleh dari hasil olah data ditunjukkan pada Tabel 4.4. yaitu sebesar 8,67 nm. Hasil ini menunjukkan nanopartikel ZnO setelah diberi perlakuan permukaan dengan silika masih berfasa kristalin.
Tabel 4.4. Ukuran kristalit nanopartikel core-shell ZnO@SiO2
y = mx + c c k λ Ukuran kristalit t = kλ/c (nm)
ZnO@SiO2 0,0158 0,89 0,15406 8,67
Pengujian spektroskopi UV-Vis dilakukan untuk mengkonfirmasi besar ukuran kristalit rata-rata hasil pengujian dengan XRD. Grafik spektrum UV-Vis nanopartikel core shell ZnO@SiO2 dapat dilihat pada Gambar 4.6 dan nilai energi celah pita (Eg) hasil pengolahan data pada Tabel 4.5., sedangkan detil pengolahan data dapat dillihat pada Lampiran L2.2.
Gambar 4.6. Grafik spektrum UV-Vis nanopartikel core shell ZnO@SiO2
Dari Gambar 4.6. ditunjukkan bahwa penyerapan energi terjadi pada panjang gelombang daerah UV, yaitu pada 389 nm dan besar energi celah pita (Eg) berdasarkan tabel yang disajikan Tabel 4.5. sebesar 3,184 eV. Besar energi celah pita (Eg) yang diperoleh lebih besar dari energi celah pita (Eg) material ruahnya, jika dihubungkan dengan ukuran kristalit dari hasil pengujian dengan XRD hasil ini menunjukkan terjadi quantum confinement effect.
Tabel 4.5. Besar energi celah pita nanopartikel core-shell ZnO@SiO2
y = mx + c m c λ Energi Celah Pita (Eg) (eV)
Hasil TEM nanopaertikel ZnO@SiO2 ditunjukkan pada Gambar 4.7. dibawah ini.
(a) (b) (c)
(d) (e)
Gambar 4.7. Hasil pengujian TEM nanopartikel ZnO@SiO2 dengan perbesaran (a) 50000 X, (b) dan (c) 80000 X, (d) 150000 X, dan (e) SAD
Pada Gambar 4.7. (a), (b), (c), dan (d) menunjukkan nanopartikel ZnO terselubung oleh silika dengan perbesaran 50000 hingga 150000 X, dimana fasa yang berwarna gelap adalah nanopartikel ZnO dan yang berwarna lebih terang adalah silika. Dalam penelitian ini selubung silika pada permukaan nanopartikel ZnO belum terbentuk dengan sempurna, dimana nanopartikel ZnO tidak terdispersi merata, melainkan membentuk aglomerat. Ukuran nanopartikel core-shell ZnO@SiO2 mengalami peningkatan dibandingkan dengan ukuran nanopartikel ZnO, yaitu sebesar 15,72 nm. Hal ini terjadi akibat pemberian getaran dengan ultrasonik pada proses pembuatan selubung silika dan pemanasan pada proses drying, dimana nanopartikel diberi kesempatan untuk tumbuh dan membentuk aglomerat. Namun secara umum dari Gambar 4.7.(d) pola SAD
nanopartikel ZnO@SiO2 telah dianggap memiliki struktur kristalin dan tetap berstruktur HCP.
Hasil pengujian nanopartikel core-shell ZnO@SiO2 setelah dilakukan proses perlakuan panas anil dengan temperatur konstan dan pasca-hidrotermal dengan variasi temperatur dapat dilihat pada Gambar 4.8. sedangkan ukuran kristalit hasil pengolahan data dapat dilihat pada Tabel 4.6., detil pengolahan data dapat dilihat pada Lampiran L1.3-L1.7.
Gambar 4.8. Grafik hasil uji XRD nanopartikel ZnO@SiO2 setelah perlakuan anil dan variasi temperatur pasca-hidrotermal. Tanda ( ) menunjukkan puncak ZnO stuktur kristal hexagonal
wurtzite
Hasil pengujian XRD pada nanopartikel core-shell ZnO@SiO2 setelah dilakukan proses perlakuan panas anil dan pasca-hidrotermal menunjukkan intensitas puncak difraksi nanopartikel ZnO menurun, namun pelebarannya relatif lebih sempit. Puncak difraksi nanopartikel ZnO yang terlihat masih memiliki struktur kristal hexagonal wurtzite pada perlakuan panas anil 100oC dan pasca-hidrotermal suhu
80-120oC, sedangkan pada suhu 150oC terjadi pergeseran puncak akibat ovelapping dengan puncak difraksi senyawa lain. Peningkatan ukuran kristalit setelah proses anil terjadi karena terjadi pemutusan ikatan seng dan asetat yang masih tersisa oleh panas dan memungkinkan terbentuknya senyawa ZnO yang lebih banyak lagi. Difraksi senyawa lain muncul pada sampel pasca-hidrotermal 120 dan 150oC karena pada temperatur ini aktivitas pembelahan ikatan Zn-O-Zn oleh uap air bertekanan tinggi makin besar, sehingga merusak ikatan ZnO dengan SiO2 pada permukaan yang menyebabkan terbentuknya senyawa lain. Adapun besar ukuran kristalit dapat dilihat pada Tabel 4.6.
Tabel 4.6. Besar ukuran nanopartikel core-shell ZnO@SiO2 setelah proses perlakuan panas anil dan pasca-hidrotermal y = mx + c c k λ Ukuran kristalit t = kλ/c (nm) A100 0,015 0,89 0,15406 9,19 A100 PH80 0,0146 0,89 0,15406 9,39 A100 PH100 0,0142 0,89 0,15406 9,65 A100 PH120 0,0125 0,89 0,15406 10,96 A100 PH150 0,0231 0,89 0,15406 12,56
Spektrum UV-Vis nanopartikel core-shell ZnO@SiO2 setelah perlakuan panas anil dan pasca-hidrotermal ditunjukkan pada Gambar 4.9 dan besar energi celah pita (Eg) hasil pengolahan data ditunjukkan pada Tabel 4.7, sedangkan detil pengolahan data energi celah pita (Eg) dapat dilihat pada Lampiran L2.3-L2.7. Nanopartikel ZnO@SiO2 setelah perlakuan panas anil dan pasca-hidrotermal menunjukkan penyerapan energi terjadi pada panjang gelombang 391-392 nm. Besar energi celah pita (Eg) mengalami penurunan dari 3,167 menjadi 3,156 eV. Ukuran energi celah pita (Eg) hasil perlakuan panas secara umum semakin mendekati energi celah pita (Eg) material ruahnya. Penurunan energi celah pita (Eg) sejalan dengan hasil data XRD yang menyatakan peningkatan ukuran kristalit nanopartikel core-shell ZnO@SiO2 seiring dengan meningkatnya temperatur.
Gambar 4.9. Spektrum UV-Vis nanopartikel core-shell ZnO@SiO2 setelah proses perlakuan panas anil dan pasca-hidrotermal
Tabel 4.7. Besar energi celah pita (Eg) nanopartikel core-shell ZnO@SiO2 setelah proses perlakuan panas anil dan pasca-hidrotermal
y = mx + c m c λ Energi celah pita (Eg) (eV)
A100 0,0258 10,103 391,58 3,167
A100 PH80 0,0178 6,8748 391,84 3,164 A100 PH100 0,0223 8,7394 391,90 3,164 A100 PH120 0,0225 8,821 392,04 3,163 A100 PH150 0,0025 0,9823 392,92 3,156
4.4. Analisis Hubungan Nanopartikel ZnO dan Core-Shell ZnO@SiO2
Nanopartikel ZnO dan core-shell ZnO@SiO2 sebelum dan setelah diberi perlakuan panas menunjukkan perbedaan ukuran kristalit dan besar energi celah pita (Eg). Perbandingan besar ukuran kristalit dapat dilihat pada Gambar 4.10. dibawah ini.
Gambar 4.10. Grafik hasil uji XRD nanopartikel ZnO dan ZnO@SiO2 dengan perlakuan anil dan variasi temperatur pasca-hidrotermal. Tanda ( ) menunjukkan puncak ZnO stuktur kristal
hexagonal wurtzit
Dari grafik pada Gambar 4.10. terlihat bahwa intensitas puncak difraksi nanopartikel ZnO terus mengalami penurunan setelah diberi perlakuan permukaan dengan selubung silika, begitu juga pada peningkatan temperatur perlakuan panas. Puncak difraksi masih terlihat cukup tajam dengan besar pelebaran puncak difraksi yang relatif kecil. Adapun perbandingan besar ukuran kristalit dapat dilihat pada Tabel 4.8.
ZnO ZnO@SiO 2 Anil 100 Anil 100 PH 80 Anil 100 PH 100 Anil 100 PH 120 Anil 100 PH 150
Tabel 4.8. Ukuran kristalit nanopartikel ZnO dan ZnO @SiO2 hasil perlakuan panas anil temperatur konstan dan pasca-hidrotermal dengan variasi temperatur.
y = mx + c c k λ Ukuran kristalit t = kλ/c (nm) ZnO 0,0174 0,89 0,15406 7,88 ZnO@SiO2 0,0158 0,89 0,15406 8,67 A100 0,015 0,89 0,15406 9,19 A100 PH80 0,0146 0,89 0,15406 9,39 A100 PH100 0,0142 0,89 0,15406 9,65 A100 PH120 0,0125 0,89 0,15406 10,96 A100 PH150 0,0231 0,89 0,15406 12,56
Data besar ukuran kristalit dari Tabel 4.8. menyatakan terjadi peningkatan ukuran kristalit nanopartikel ZnO pada setelah dan sebelum dilakukan perlakuan permukaan menjadi core-shell ZnO@SiO2, begitu juga nanopartikel core-shell ZnO@SiO2 sebelum dan setelah dilakuan perlakuan panas. Untuk lebih jelasnya dapat dilihat pada Gambar 4.11. dibawah ini.
Gambar 4.11. Grafik perbandingan ukuran kristalit nanopartikel ZnO dan ZnO@SiO2 sebelum dan setelah diberi perlakuan panas anil dan pasca-hidrotermal dengan variasi temperatur
Peningkatan ukuran kristalit nanopartikel ZnO ke ZnO@SiO2 dari 7,88 menjadi 8,67 nm terjadi karena pengaruh proses pelapisan silika, dimana pada proses tersebut dilalui proses drying pada temperatur 60oC selama 6 jam. Proses pemanasan ini memberikan kesempatan kristal nanopartikel ZnO untuk bertambah
banyak. Ukuran nanopartikel setelah perlakuan panas juga mengalami peningkatan ukuran kristalit. Adapun persentase peningkatan ukuran kristalit dapat dilihat pada Gambar 4.12. dibawah ini.
Gambar 4.12. Grafik persentase peningkatan ukuran kristalit ZnO@SiO2 sebelum dan setelah perlakuan panas anil dan pasca-hidrotermal dibandingkan dengan nanopartikel ZnO
Persentase peningkatan ukuran kristalit ditunjukkan pada Gambar 4.9. Ukuran kristalit nanopartikel ZnO menjadi core-shell ZnO@SiO2 sebelum perlakuan panas mengalami peningkatan yang cukup tinggi, yaitu sebesar 16,98%, hal ini disebabkan karena perlakuan panas drying. Sementara peningkatan ukuran kristalit ke nanopartikel core-shell ZnO@SiO2 setelah perlakuan panas anil dan pasca-hidrotermal pada temperatur 80-100oC tidak terlalu signifikan, yaitu sebesar 5.35% dan 5.65%, hal ini menunjukkan bahwa perlakuan pasca-hidrotermal dapat digunakan untuk mengontrol pertumbuhan nanopartikel ZnO@SiO2.
Hasil pengujian dengan XRD di konfirmasi dengan hasil pengujian dengan spektrum UV-Vis yang ditunjukkan pada Gambar 4.13. Dari grafik pada Gambar 4.13. terjadi pergeseran absorption edge ke panjang gelombang yang lebih panjang yang menunjukkan terjadinya fenomena red-shift. Fenomena red-shift merupakan efek dari quantum size confinement yang menandakan ukuran nanopartikel yang terbentuk memiliki energi celah pita (Eg) yang hampir mendekati energi celah pita (Eg) material ruahnya. Besar energi celah pita (Eg) diperoleh dari olah data, sedangkan detil pengolahan data setiap sampel pengujian UV-Vis selengkapnya diberikan pada Lampiran 2.
Gambar 4.13. Grafik hasil uji UV-Vis nanopartikel ZnO dan ZnO@SiO2 dengan perlakuan anil dan variasi temperatur pasca-hidrotermal
Tabel 4.9. Perbandingan nilai energi celah pita (Eg) nanopartikel ZnO, ZnO@SiO2 sebelum dan setelah perlakuan panas anil dan pasca-hidrotermal.
y = mx + c m c λ Energi celah pita (Eg) (eV)
ZnO 0,0334 12,852 384,79 3,223 ZnO@SiO2 0,0226 8,8003 389,39 3,184 A100 0,0258 10,103 391,58 3,167 A100 PH80 0,0178 6,8748 391,84 3,164 A100 PH100 0,0223 8,7394 391,90 3,164 A100 PH120 0,0225 8,821 392,04 3,163 A100 PH150 0,0025 0,9823 392,92 3,156
Diagram batang pada Gambar 4.14. menunjukkan dengan jelas bahwa telah terjadi penurunan besar energi celah pita (Eg) yang cukup besar dari nanopartikel ZnO ke nanopartikel ZnO@SiO2 baik sebelum maupun setelah proses perlakuan panas. Penurunan energi celah pita (Eg) dari nanopartikel ZnO@SiO2 sebelum dan setelah dilakukan perlakuan panas anil dan pasca-hidrotermal sampai dengan temperatur 100oC tidak terlalu besar, namun kembali terjadi lonjakan penurunan energi celah pita (Eg) pada hasil perlakuan pasca-hidrotermal variasi temperatur 120 dan 150oC.
Gambar 4.14. Diagram batang penurunan besar energi celah pita (Eg) nanopartikel ZnO dan ZnO@SiO2 sebelum dan setelah diberi perlakuan panas anil dan pasca-hidrotermal dengan variasi
temperatur
Nilai energi celah pita (Eg) nanopartikel ZnO mengalami penurunan setelah dilakukan proses enkapsulasi dengan silika membentuk nanopartikel ZnO@SiO2 dari 3,223 eV menjadi 3,184 eV. ZnO@SiO2 setelah perlakuan panas anil 100oC serta pasca-hidrotermal dengan variasi temperatur tahan dari 80-150oC mengalami penurunan energi celah pita (Eg) dari 3,167 – 3,156 eV.
Gambar 4.15. Grafik persentase penurunan nilai energi celah pita (Eg) nanopartikel ZnO@SiO2
setelah dan sebelum perlakuan panas dibandingkan dengan nanopartikel ZnO.
Persen penurunan energi celah pita (Eg) dapat dilihat pada Gambar 4.15., dimana penurunan yang cukup signifikan terjadi pada nanopartikel ZnO sebelum dan setelah dilakukan perlakuan permukaan dan perlakuan anil 100oC, yaitu masing-masing sebesar 57.14% dan 26,78% serta nanopartikel ZnO@SiO2 pada perlakuan pasca-hidrotermal 150oC sebesar 10,57%.
Tabel 4.10. Perbandingan ukuran kristalit dengan energi celah pita (Eg) nanopartikel ZnO dan
ZnO@SiO2
Sampel Ukuran Kristalit (nm) Energi celah pita (Eg) (eV)
ZnO 7,88 3,223 ZnO@SiO2 8,67 3,184 Anil 100 9,14 3,167 Anil 100 PH 80 9,39 3,164 Anil 100 PH 100 9,65 3,164 Anil 100 PH 120 10,96 3,163 Anil 100 PH 150 12,56 3,156
Pada proses enkapsulasi dan perlakuan panas anil, panas yang diberikan memberikan kesempatan nanopartikel ZnO@SiO2 untuk bertambah banyak, karena terjadi pemutusan ikatan Zn dan asetat oleh panas yang memungkinkan terbentuknya kembali ikatan ZnO yang lebih banyak sehingga terjadi peningkatan ukuran kristalit mendekati material ruahnya, oleh karena itu energi celah pita (Eg) nanopartikel juga menurun mendekati energi celah pita (Eg) material ruahnya (3,07 eV). Hasil ini membuktikan bahwa efek quantum size confinement mampu dihasilkan melalui metode kimiawi basah. Perbandingan ukuran kristalit dan energi celah pita (Eg) nanopartikel ZnO dapat dilihat pada Tabel 4.10.
KESIMPULAN
Berdasarkan hasil penelitian yang telah dilakukan dapat diambil beberapa kesimpulan sebagai berikut.
1. Nanopartikel ZnO dan ZnO@SiO2 telah berhasil dibuat dengan metode kimiawi basah teknik presipitasi.
2. Nilai kristalit nanopartikel ZnO diperoleh sebesar 7,88 nm dan nanopartikel ZnO@SiO2 sebesar 8,67 nm. Proses anil yang dilakukan pada temperatur 100oC menyebabkan terjadinya peningkatan ukuran kristalit nanopartikel ZnO@SiO2, yaitu 9,14 nm.
3. Perlakuan pasca-hidrotermal menyebabkan ukuran kristalit sampel bertambah besar seiring dengan meningkatnya temperatur pasca-hidrotermal, yaitu 9.38, 9.65, 10.96, dan 12.56 nm untuk sampel pada temperatur pasca-hidrotermal 80, 100, 120 dan 150oC.
4. Peningkatan ukuran kristalit diikuti dengan penurunan nilai energi celah pita (Eg). Energi celah pita (Eg) tertinggi sebesar 3.224 eV didapat dari sampel dengan ukuran terkecil (7.886 nm) dari nanopartikel ZnO sebelum diberi perlakuan permukaan maupun panas dan energi celah pita (Eg) terkecil yaitu 3,155 didapat dari sampel dengan ukuran terbesar (12,56 nm) dari ZnO@SiO2 perlakuan anil 100oC dan pasca-hidrotermal pada temperatur 150oC.
5. Ukuran partikel rata-rata nanopartikel ZnO adalah sebesar 11,45 nm