PERAN SURFAKTAN SETILTRIMETILAMONIUM
BROMIDA DAN NATRIUM DODESIL SULFAT PADA
SINTESIS ZnO DENGAN METODE HIDROTERMAL
JUNAENAH
DEPARTEMEN KIMIA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM INSTITUT PERTANIAN BOGOR
PERNYATAAN MENGENAI SKRIPSI DAN SUMBER
INFORMASI SERTA PELIMPAHAN HAK CIPTA
Dengan ini saya menyatakan bahwa skripsi berjudul Peran Surfaktan Setiltrimetilamonium Bromida dan Natrium Dodesil Sulfat pada Sintesis ZnO dengan Metode Hidrotermal adalah benar karya saya dengan arahan dari komisi pembimbing dan belum diajukan dalam bentuk apa pun kepada perguruan tinggi mana pun. Sumber informasi yang berasal atau dikutip dari karya yang diterbitkan maupun tidak diterbitkan dari penulis lain telah disebutkan dalam teks dan dicantumkan dalam Daftar Pustaka di bagian akhir skripsi ini.
Dengan ini saya melimpahkan hak cipta dari karya tulis saya kepada Institut Pertanian Bogor.
ABSTRAK
JUNAENAH. Peran Surfaktan Setiltrimetilamonium Bromida dan Natrium Dodesil Sulfat pada Sintesis ZnO dengan Metode Hidrotermal. Dibimbing oleh IRMA HERAWATI SUPARTO dan AGUS SAPUTRA.
Kristal ZnO merupakan material yang saat ini menjadi pilihan utama pada berbagai aplikasi seperti semikonduktor, laser ultraviolet, dan katalis. Penelitian ini bertujuan menyintesis ZnO dengan tambahan surfaktan. Kristal ZnO disintesis dengan mereaksikan ZnSO4, KOH, dan surfaktan dengan metode hidrotermal. Penelitian ini meliputi beberapa
tahapan, yaitu penentuan nisbah ZnSO4:KOH terbaik dari berbagai ragam ZnSO4:KOH
(1:2; 1:3; 1:4; dan 1:5), peran surfaktan setiltrimetilamonium bromida (CTAB) dan natrium dodesil sulfat (SDS) pada sintesis kristal ZnO. Berdasarkan hasil difraksi sinar-X, kristal ZnO dengan nisbah ZnSO4: KOH (1:3) merupakan nisbah terbaik. Hal ini dapat
dilihat dari sedikitnya senyawa pengotor dengan derajat kristalinitas yang diperoleh sebesar 85.64%. Tambahan surfaktan CTAB dan SDS dalam sintesis ZnO dapat meningkatkan derajat kristalinitas menjadi 98.28% dan 92.17%. Berdasarkan perhitungan matematis menggunakan persamaan Scherrer diperoleh ukuran kristal tanpa surfaktan sebesar 32 nm, sedangkan dengan surfaktan CTAB dan SDS ukuran kristal berturut-turut menjadi 28 nm dan 29 nm. Tingginya kristalinitas dan ukuran kristal yang diperoleh menunjukkan bahwa surfaktan CTAB dapat menghasilkan kristal ZnO dengan ciri yang lebih baik dibandingkan dengan surfaktan SDS dan tanpa surfaktan.
Kata kunci: CTAB, metode hidrotermal, SDS, sintesis ZnO
ABSTRACT
JUNAENAH. The Role of Surfactant Cetyltrimethylammonium Bromide and Sodium Dodecyl Sulfate on the Synthesis of ZnO by Hydrothermal Method. Supervised by IRMA HERAWATI SUPARTO and AGUS SAPUTRA.
Zno crystal is the main preference material in various applications recently, such as in semiconductors, ultraviolet lasers, and catalysts. This study aims to synthesize ZnO with addition of surfactant. ZnO crystals were synthesized by reacting ZnSO4, KOH, and
surfactants using hydrothermal method. The first step was to determine the best ratio of ZnSO4: KOH (1:2; 1:3; 1:4, and 1:5) based on X-ray diffraction. The second step was to
evaluate the role of surfactan cetyltrimethylammonium bromide (CTAB) and sodium dodecyl sulfate (SDS) on the synthesis of ZnO crystals. The result of this study showed the best ratio of ZnSO4:KOH was 1:3, based on the least of impurities and the highest
degree of crystallinity (85.64%). The addition of surfactant CTAB and SDS in the synthesis of ZnO increased the degree of crystallinity, which were 98.28% and 92.17%, respectively. Based on mathematical calculation using Scherrer equation, the crystal size without surfactant was 32 nm, whereas with CTAB and SDS the crystallited size were 28 nm and 29 nm, respectively. The degree of crystallinity and crystal size indicated that CTAB surfactant produce ZnO crystals with the best characteristics as compared to SDS surfactant or without surfactant.
PERAN SURFAKTAN SETILTRIMETILAMONIUM
BROMIDA DAN NATRIUM DODESIL SULFAT PADA
SINTESIS ZnO DENGAN METODE HIDROTERMAL
JUNAENAH
Skripsi
sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Sains
pada Departemen Kimia
DEPARTEMEN KIMIA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM INSTITUT PERTANIAN BOGOR
Judul : Peran Surfaktan Setiltrimetilamonium Bromida dan Natrium Dodesil Sulfat pada Sintesis ZnO dengan Metode Hidrotermal
Nama : Junaenah NRP : G44080029
Disetujui oleh
Dr dr Irma Herawati Suparto, MS Pembimbing I
Agus Saputra, SSi, MSi Pembimbing II
Diketahui oleh
Prof Dr Ir Tun Tedja Irawadi, MS Ketua Departemen
PRAKATA
Puji dan syukur penulis panjatkan kehadirat Allah SWT atas segala limpahan rahmat, karunia, dan nikmat-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan karya ilmiah dengan judul Peran Surfaktan Setiltrimetilamonium Bromida dan Natrium Dodesil Sulfat pada Sintesis ZnO dengan Metode Hidrotermal.
Terima kasih penulis ucapkan kepada Ibu Dr dr Irma Herawati Suparto, MS dan Bapak Agus Saputra, SSi, MSi selaku pembimbing yang senantiasa memberikan masukan, arahan, dan saran selama penelitian. Disamping itu, penghargaan penulis sampaikan kepada laboran di Laboratorium Anorganik serta Analitik Departemen Kimia Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Institut Pertanian Bogor (FMIPA IPB).
Ungkapan terimakasih tak terhingga penulis ucapkan kepada Ayah, Ibu, keluarga, dan M. Ibnu Hurerah atas doa, semangat, materil, dan kasih sayangnya. Ucapan terima kasih juga penulis sampaikan kepada Ryna, Ade Irawan, Ami, Amin, serta Taufik yang telah membantu memberi masukan, saran, kebersamaan, dukungan, dan semangat kepada penulis.
Semoga karya ilmiah ini bermanfaat.
Bogor, Februari 2013
DAFTAR ISI
DAFTAR GAMBAR vi
DAFTAR LAMPIRAN vi
PENDAHULUAN
1
Tujuan Penelitian 2
METODE
2
Alat dan Bahan 2
Prosedur Penelitian 2
HASIL DAN PEMBAHASAN 3
Hasil 3
Pembahasan 6
SIMPULAN DAN SARAN 9
Simpulan 9
Saran 9
DAFTAR PUSTAKA 9
DAFTAR GAMBAR
1 Pola difraksi sinar-X kristal hasil sintesis variasi nisbah ZnSO4:KOH 4
2 Pola difraksi sinar-X kristal hasil sintesis ZnO dengan penambahan surfaktan 5
DAFTAR LAMPIRAN
1 Diagram alir sintesis seng oksida 12
2 Diagram alir sintesis seng oksida dengan surfaktan 13
3 Pola difraksi standar 14
4 Data difraksi kristal ZnO 15
PENDAHULUAN
Semikonduktor merupakan bahan elektronik yang unik, bersifat optik, memiliki lebar dan celah pita yang besar sehingga banyak digunakan untuk berbagai aplikasi. Seng oksida (ZnO) merupakan serbuk semikonduktor tipe-n dengan lebar pita 3.37 eV pada suhu kamar (Vidyasagar dan Naik 2012). Seng oksida ini memiliki transmisi optik yang tinggi serta dapat menghantarkan listrik sehingga lapisan tipis ZnO menjadi pilihan utama untuk semikonduktor, laser ultraviolet (Yan et al. 2003), dan katalis. Banyak metode yang telah dikembangkan dalam sintesis partikel ZnO salah satunya adalah dengan proses pelarutan baik menggunakan metode sol gel, hidrotermal, dan solvotermal (Gupta et al. 2006).
Ciri partikel ZnO yang meliputi morfologi, kristalinitas, dan sifat optik menjadi parameter penting yang mendorong berkembangnya penelitian terhadap partikel ZnO yang diarahkan untuk menyintesis bahan baku pada peralatan elektronik dan semikonduktor. Bahan dasar yang digunakan untuk sintesis ZnO juga beragam antara lain seng sulfat dengan natrium karbonat (Wen-tao et al. 2010), seng diklorida dengan kalium hidroksida (Ni et al. 2005), serbuk seng (Sun et al. 2002), seng asetat (He et al. 2007), dan seng nitrat dengan amonium hidroksida (Wang 2007). Metode sintesis yang ada saat ini umumnya masih memiliki beberapa kekurangan, diantaranya kristal ZnO berukuran besar, kemurnian, dan derajat kristalinitas yang rendah serta menggunakan suhu yang sangat tinggi (Yu et al. 2003). Oleh karena itu membutuhkan biaya produksi yang sangat besar untuk menyintesis kristal ZnO dan dihasilkan kristal yang tidak seragam. Kekurangan tersebut dapat diatasi dengan menggunakan metode hidrotermal karena metode ini menghasilkan derajat kristalinitas dan kemurnian yang tinggi, memperkecil distribusi ukuran partikel, selain itu sintesisnya satu tahap (Romimoghadam et al. 2012).
Penelitian Wen-tao et al. (2010), kristal ZnO disintesis dengan mereaksikan seng sulfat (ZnSO4) dan Na2CO3 menggunakan metode hidrotermal pada suhu 160
°C selama 6 jam. Kristal ZnO yang terbaik diperoleh ketika pH larutan adalah
10.5. Salah satu penelitian Ni et al. (2005), kristal ZnO disintesis dengan mereaksikan seng diklorida (ZnCl2) dan KOH menggunakan metode hidrotermal
pada suhu 120 °C selama 5 jam. Berdasarkan penelitian tersebut, pada penelitian ini dilakukan sintesis ZnO menggunakan senyawa seng sulfat heptahidrat (ZnSO4.7H2O) dan KOH sebagai bahan dasar (reaktan). Pengontrolan ukuran
kristal juga sangat penting dalam sintesis material ZnO karena bahan elektronik dan optik dari nanomaterial bergantung pada ukuran kristal. Oleh sebab itu, tambahan bahan aditif seperti surfaktan sangat berperan penting dalam mengontrol morfologi dari kristal ZnO. Kristal yang dihasilkan memiliki ukuran yang lebih homogen dalam skala mikroskopik (Usui 2009).
dengan suhu 120 ˚C selama 5 jam (Ni et al. 2005) dan dilanjutkan dengan
kenaikan suhu 20 ˚C setiap 2 jam sampai suhu mencapai 160 ˚C (modifikasi
Wen-tao et al. 2010). Metode hidrotermal dengan tambahan surfaktan diharapkan menghasilkan kristal dengan ukuran yang kecil, memiliki kemurnian (bebas pengotor), dan derajat kristalinitas yang tinggi. Kristal selanjutnya dikarakterisasi menggunakan difraksi sinar-X (XRD) untuk mengidentifikasi fase kristalin.
Tujuan Penelitian
Penelitian ini bertujuan menyintesis seng oksida (ZnO) pada berbagai nisbah ZnSO4:KOH dan mengevaluasi peran surfaktan dalam sintesis ZnO yang
dikarakterisasi menggunakan difraksi sinar-X (XRD).
METODE
Alat dan Bahan
Alat-alat yang digunakan pada penelitian ini terdiri atas pH meter, radas hidrotermal, dan oven. Peralatan yang digunakan untuk karakterisasi adalah difraksi sinar-X Shimadzu XRD-7000. Bahan yang digunakan adalah ZnSO4.7H2O, KOH p.a, surfaktan CTAB, SDS, dan etanol.
Prosedur Penelitian
Penelitian ini dibagi menjadi tiga tahapan. Tahap pertama adalah sintesis ZnO menggunakan bahan baku ZnSO4.7H2O yang direaksikan dengan KOH pada
berbagai ragam nisbah. Tahap kedua, sintesis ZnO dari hasil nisbah terbaik yang diperoleh pada tahap pertama akan ditambahkan surfaktan yang berbeda yaitu CTAB dan SDS. Tahap ketiga adalah kristal hasil sintesis dicirikan menggunakan difraksi sinar-X (XRD).
Sintesis Kristal ZnO
Serbuk ZnSO4 dilarutkan dengan air deionisasi, kemudian larutan 0.01 mol
ZnSO4 direaksikan dengan larutan 0.02 mol KOH pada berbagai ragam nisbah
ZnSO4:KOH (1:2; 1:3; 1:4; dan 1:5). Larutan tersebut diaduk menggunakan
pemutar magnetik sampai homogen dan ditambahkan NH4Cl 5 M tetes demi tetes
Sintesis Kristal ZnO dengan Tambahan Surfaktan CTAB dan SDS (Modifikasi dari Ni et al. 2005)
Kristal ZnO terbaik (memiliki derajat kristalinitas dan kemurnian yang tinggi) yang dihasilkan dari nisbah diatas akan dilakukan pengulangan dengan menggunakan dua surfaktan yang berbeda, yaitu surfaktan CTAB dan SDS. Larutan dengan nisbah ZnSO4:KOH terbaik diaduk menggunakan pemutar
magnetik sampai homogen. Pengadukan dilakukan pada suhu ruang sampai campuran menjadi seperti bubur. Campuran tersebut kemudian diberi perlakuan dengan 2 kondisi, yaitu (1) penambahan surfaktan CTAB 0.0005 mol dan (2) surfaktan SDS 0.0005 mol. Larutan diaduk kembali sampai homogen. Larutan tersebut kemudian ditambahkan NH4Cl 5 M tetes demi tetes sambil terus diaduk
sampai pH larutan menjadi 10.5. Selanjutnya, larutan dimasukkan ke dalam alat hidrotermal pada suhu 120 °C selama 5 jam dengan kenaikan suhu 20 °C setiap 2 jam sampai suhu mencapai 160 °C. Kristal yang diperoleh dicuci dengan air deionisasi dan etanol untuk menghilangkan senyawa pengotor. Kristal dikeringkan menggunakan oven pada suhu 105 °C selama 5 jam (Lampiran 2). Karakterisasi dengan XRD
Serbuk kristal yang terbentuk pada seluruh tahapan reaksi, dikarakterisasi menggunakan XRD. Hasil yang diperoleh dibandingkan dengan data XRD Joint Committee of Powder Diffraction Standar (JCPDS) (Lampiran 3). Berdasarkan hasil XRD ini diperoleh derajat kristalinitas dan data XRD juga dapat digunakan untuk menduga ukuran kristal rerata menggunakan persamaan Scherrer (Gupta et al. 2006):
Sintesis kristal ZnO dengan metode hidrotermal dari bahan dasar ZnSO4
yang direaksikan dengan KOH pada berbagai ragam ZnSO4:KOH (1:2;1:3;1:4;
dan 1:5) menghasilkan endapan berwarna putih. Nisbah ZnSO4:KOH (1:2)
diperoleh endapan putih lebih banyak dibandingkan dengan nisbah yang lainnya. Larutan dengan nisbah ZnSO4:KOH (1:5) yang ditambahkan larutan NH4Cl 5 M
berbau amonia dan tidak terdapat endapan. Semakin besar jumlah mol KOH, maka semakin banyak larutan NH4Cl 5 M yang digunakan untuk membuat pH
4
Sintesis Kristal ZnO dengan Ragam Nisbah ZnSO4:KOH
Hasil analisis difraksi sinar-X kristal yang disintesis dengan berbagai ragam nisbah ZnSO4:KOH menunjukkan puncak dari kristal ZnO sudut 2θ pada
Puncak-puncak difraksi sinar-X dari berbagai nisbah yang diperoleh kemudian dibandingkan dengan data JCPDS 36-1451 yang menunjukkan terbentuknya kristal ZnO. Dilihat dari puncak-puncak ZnO dan senyawa pengotor yang dihasilkan, nisbah 1:3 (ZnSO4:KOH) merupakan nisbah yang terbaik karena
Intensit
ZnSO4:KOH (1:2); Kristalinitas 97.67 %
ZnSO4:KOH (1:3); Kristalinitas 85.64 %
ZnSO4:KOH (1:4); Kristalinitas 90.39 %
5
memiliki senyawa pengotor yang sedikit dibandingkan dengan nisbah yang lainnya.
Sintesis ZnO dengan Tambahan Surfaktan CTAB dan SDS
Sintesis ZnO dengan nisbah ZnSO4:KOH 1:3 dilakukan dengan tambahan
surfaktan CTAB dan SDS. Hasil analisis difraksi sinar-X diperoleh kristal dengan puncak dari kristal ZnO sudut 2θ pada 31.7769°, 34.4503°, 36.2645°, 47.5388°, 56.5833°, 62.8672°, 66.3704°, 67.9230°, dan 69.0747° (Gambar 2) (Lampiran 4).
Gambar 2 Pola difraksi sinar-X kristal hasil sintesis ZnO dengan tambahan surfaktan CTAB dan SDS. ( ): puncak kristal ZnO, dan ( ): puncak kristal Zn(OH)2.
Puncak-puncak yang dihasilkan dengan tambahan surfaktan CTAB dan SDS memiliki kemiripan satu sama lain. Kristalinitas pada sintesis ZnO dengan surfaktan CTAB memiliki derajat kristalinitas lebih tinggi dibandingkan dengan surfaktan SDS. Tetapi perbedaan tersebut tidak signifikan.
Ukuran Kristal ZnO
Berdasarkan data XRD diperoleh ukuran rerata kristal ZnO menggunakan persamaan Scherrer seperti ditunjukkan pada Tabel 1.
Tabel 1 Ukuran rerata kristal ZnO menggunakan persamaan Scherrer Perlakuan Sintesis Ukuran Kristal (nm) Rentang Ukuran Kristal (nm)
Tanpa Surfaktan 32 28.49-35.78
Surfaktan CTAB 28 25.00-34.47
Surfaktan SDS 29 26.91-33.88
6
Ukuran kristal ZnO dengan surfaktan CTAB dan SDS lebih kecil dibandingkan tanpa surfaktan. Hal ini menunjukkan bahwa sintesis ZnO dengan surfaktan dapat memperkecil ukuran kristal.
Pembahasan
Sintesis kristal ZnO dilakukan menggunakan metode hidrotermal dengan preparasi awal, yaitu larutan ZnSO4 direaksikan dengan KOH yang menghasilkan
endapan berwarna putih. Larutan ini menunjukkan telah terbentuknya senyawa Zn(OH)2. Menurut Roto et al. (2008), tambahan larutan basa ke dalam larutan
yang mengandung kation Zn2+ akan membentuk koloid berwarna putih karena larutan basa mampu menarik kation Zn2+ yang mengakibatkan pengendapan kation Zn2+ untuk menghasilkan Zn(OH)2. Endapan Zn(OH)2 lalu dipanaskan
melalui proses hidrotermal yang akan menghasilkan kristal ZnO. Reaksi pembentukan kristal ZnO adalah:
ZnSO4 + 2KOH → Zn(OH)2 (endapan putih) + K2SO4
Zn(OH)2 (proses hidrotermal) → ZnO + H2O
Sintesis kristal ZnO dilakukan dengan berbagai ragam dari salah satu reaktan, yaitu KOH dengan tujuan untuk mengetahui perbedaan dari segi kristalinitas dan kemurnian kristal ZnO yang terbentuk. Berdasarkan penelitian Xu et al. (2004), menyatakan bahwa sintesis kristal ZnO menggunakan larutan KOH dengan berbeda konsentrasi sebagai pelarutnya mempengaruhi morfologi hasil sintesis kristal ZnO yang terbentuk. Hasil analisis difraksi sinar-X yang diperoleh pada berbagai nisbah ZnSO4:KOH (1:2; 1:3; 1:4; dan 1:5) menunjukkan
terbentuknya kristal ZnO karena puncak-puncak yang terbentuk sesuai dengan pola difraksi data JCPDS no 36-1451 untuk standar ZnO.
Kristal ZnO yang terbentuk dari berbagai ragam nisbah ZnSO4:KOH
memiliki kemurnian dan derajat kristalinitas yang berbeda-beda. Derajat kristalinitas menyatakan nisbah antara fase kristalin dengan jumlah fase kristalin dan amorf yang terdapat pada kristal. Semakin tinggi derajat kristalinitas maka semakin banyak fase kristalin yang terbentuk dibandingkan dengan fase amorf. Nisbah ZnSO4:KOH (1:2) memiliki derajat kristalinitas sebesar 97.67%. Namun
kristalinitas ini dipengaruhi oleh intensitas senyawa pengotor sedangkan intensitas senyawa ZnO di bawah intensitas senyawa pengotornya. Pengaruh intensitas yang tinggi dari senyawa pengotor berupa Zn(OH)2 di sudut 2θ pada 16.6058°, terjadi
ketika mereaksikan ZnSO4 dengan KOH yang menghasilkan endapan putih lebih
banyak dibandingkan dengan nisbah ZnSO4:KOH yang lainnya. Ini menunjukkan
Zn(OH)2 yang terbentuk lebih banyak. Menurut Xu et al. (2004), pada nisbah
Zn2+:OH- (1:2) maka ion OH- akan mengendap secara sempurna dengan Zn2+ membentuk Zn(OH)2. Oleh karena itu, suhu 120 °C selama 5 jam dengan
kenaikan 20 °C setiap 2 jam sampai suhu mencapai 160 °C belum dapat mengubah Zn(OH)2 seluruhnya membentuk kristal ZnO. Senyawa pengotor
lainnya berupa hasil samping dari reaksi antara ZnSO4 dengan KOH, yaitu K2SO4.
Dengan demikian pada nisbah ini memiliki kemurnian yang rendah.
Nisbah ZnSO4:KOH (1:3) memiliki derajat kristalinitas terendah diantara
7
yang diperoleh tinggi. Hal ini disebabkan pada nisbah ZnSO4:KOH (1:3) terdapat
jumlah OH- yang berlebih sehingga terbentuk [Zn(OH)4]2- (larutan putih) dan
sedikit endapan putih (Zn(OH)2), sehingga waktu pemanasan yang digunakan
mampu mengubah senyawa Zn(OH)2 menjadi ZnO. Oleh karena itu, senyawa
pengotor berupa Zn(OH)2 dengan intensitas tinggi yang terdapat pada nisbah
ZnSO4:KOH (1:2) di sudut 2θ, yaitu 16.6058° dan 32.7927° intensitasnya
menjadi rendah. Dengan demikian kristal ZnO memiliki kemurnian yang tinggi. Hasil derajat kristalinitas yang diperoleh pada sintesis dengan nisbah ZnSO4:KOH (1:4), yaitu sebesar 90.39%. Hasil sintesis pada nisbah ini hampir
sama dengan nisbah ZnSO4:KOH (1:3), yaitu terdapat jumlah OH- yang berlebih.
Akan tetapi, pada nisbah ini terdapat senyawa pengotor seperti K2SO4 dan
Zn(OH)2 dengan intensitas dari pengotor lebih tinggi dibandingkan pada nisbah
ZnSO4:KOH (1:3). Hal ini karena, jumlah OH- yang mengelilingi kristal ZnO
lebih banyak dibandingkan dengan nisbah ZnSO4:KOH (1:3), sehingga kristal
ZnO yang terbentuk kemurniannya rendah.
Berdasarkan hasil difraksi sinar-X pada sintesis nisbah ZnSO4:KOH (1:5)
pembentukan kristal ZnO belum sempurna. Hal ini terjadi karena jumlah KOH yang digunakan terlalu tinggi. Oleh karena itu, larutan ZnSO4:KOH bersifat
sangat basa, sehingga [Zn(OH)4]2- dikelilingi oleh jumlah OH- yang berlebih.
Kelebihan OH- menyebabkan terbentuk senyawa pengotor berupa Zn(OH)2,
K2SO4, dan senyawa yang belum diketahui. Derajat kristalinitas yang diperoleh
pada nisbah ini sebesar 90.72%. Hal ini karena senyawa pengotor memiliki intensitas yang lebih tinggi dibandingkan dengan intensitas dari kristal ZnO. Menurut Xu et al. (2004), pembentukan dan pertumbuhan kristal ZnO dipengaruhi oleh Zn awal dan senyawa yang mengelilinginya di dalam radas hidrotermal. Hal ini diduga energi panas yang seharusnya digunakan untuk mengubah Zn(OH)2
menjadi ZnO diserap juga oleh senyawa lain.
Berdasarkan kemurnian yang diperoleh dari berbagai ragam nisbah tersebut, maka nisbah ZnSO4:KOH (1:3) merupakan nisbah terbaik. Hal ini ditunjukkan
dengan intensitas kristal ZnO yang tinggi dan sedikitnya senyawa pengotor dengan intensitas yang rendah (kemurnian tinggi).
Sintesis Kristal ZnO dengan Tambahan Surfaktan CTAB dan SDS
Surfaktan atau surface active agent merupakan senyawa organik yang bersifat amphiphilic, artinya mempunyai dua gugus yang bersifat hidrofobik (tidak suka air) dan hidrofilik (suka air) (Mishra et al. 2009 ). Sintesis ZnO dengan tambahan surfaktan hanya dilakukan pada sintesis ZnO dengan nisbah terbaik, yaitu ZnSO4:KOH (1:3). Nisbah terbaik ZnSO4:KOH (1:3) ini
ditambahkan dua surfaktan yang berbeda, yaitu surfaktan kationik berupa CTAB dan surfaktan anionik berupa SDS. Hal ini dilakukan untuk mengevaluasi pengaruh dari tambahan surfaktan terhadap hasil sintesis kristal ZnO.
8
akan bereaksi cepat dengan kerangka anionik, yaitu [Zn(OH)4]2- dalam proses
pembentukan kristal (Geetha dan Thilagavathi 2010).
Senyawa ion [Zn(OH)4]2- merupakan ion bermuatan negatif, sedangkan
CTA+ adalah ion bermuatan positif di bagian kepala dan hidrofobik di bagian ekor. Pada proses hidrotermal CTA+ dan [Zn(OH)4]2- merupakan ion pasangan
yang dibentuk secara interaksi elektrostatik, gugus hidrofilik (kepala surfaktan) akan berinteraksi dengan [Zn(OH)4]2-. Dengan demikian, molekul surfaktan akan
menempel di sekeliling kristal ZnO. Surfaktan CTAB ini tidak hanya digunakan untuk pertumbuhan kristal tetapi juga untuk mencegah terjadinya pembentukan agregat pada kristal dan melindungi permukaan tersebut dari pertambahan atom prekursor (ZnSO4 dan KOH) lebih lanjut meskipun di dalam koloid masih
terdapat atom-atom prekursor yang belum bereaksi (Abdullah et al. 2008), sehingga pada proses kristalisasi yang terbentuk hanya kristal ZnO. Oleh karena itu, surfaktan CTAB mampu meningkatkan derajat kristalinitas dari kristal ZnO.
Tambahan surfaktan anionik menyebabkan muatan ion negatif dari senyawa SDS akan membentuk misel di sekeliling kristal ZnO yang telah terbentuk. Misel akan menghalangi ion Zn2+ untuk masuk ke kristal ZnO, tetapi ada sebagian ion Zn2+ yang masuk dan menyebabkan kerusakan di permukaan kristal. Kerusakan ini menyebabkan pertumbuhan kristal ZnO yang baru dengan ukuran yang lebih kecil (Usui 2009). Oleh sebab itu, adanya tambahan surfaktan SDS mampu meningkatkan derajat kristalinitas.
Berdasarkan hasil analisis difraksi sinar-X, tambahan surfaktan CTAB dan SDS memiliki puncak-puncak yang hampir sama tetapi derajat kristalinitas yang berbeda. Surfaktan CTAB memiliki kristalinitas yang lebih tinggi dibandingkan dengan SDS. Hal ini disebabkan, pada surfaktan CTAB terjadi interaksi elektrostatis antara CTA+ dengan [Zn(OH)4]2- (Ni et al. 2005; Sun et al. 2002).
Surfaktan CTAB ini dapat melindungi kristal ZnO dari pengaruh prekursor selama proses kristalisasi dalam hidrotermal. Hal ini menunjukkan bahwa adanya surfaktan CTAB dan SDS pada sintesis kristal ZnO memiliki kristal yang bersifat teratur dibandingkan tanpa surfaktan.
Berdasarkan perhitungan matematis menggunakan persamaan Scherrer dari data XRD, dapat diduga ukuran rerata kristal ZnO (Gupta et al. 2006). Ukuran rerata kristal nisbah ZnSO4:KOH (1:3), adanya tambahan surfaktan CTAB, dan
SDS berturut-turut diperoleh rerata ukuran kristal sebesar 32 nm, 28 nm, dan 29 nm (Tabel 1). Berdasarkan hasil tersebut, menunjukkan bahwa sintesis kristal ZnO dengan surfaktan dapat memperkecil ukuran kristal ZnO yang terbentuk. Hal ini disebabkan oleh adanya surfaktan yang berfungsi mengontrol pertumbuhan kristal ZnO dan melindungi kristal ZnO dari prekursor (bahan awal, yaitu ZnSO4
SIMPULAN DAN SARAN
Simpulan
Kristal ZnO dapat disintesis dengan mereaksikan antara ZnSO4 dan KOH
menggunakan metode hidrotermal. Kristal ZnO terbaik diperoleh pada nisbah ZnSO4:KOH (1:3). Tambahan surfaktan kationik (CTAB) dan anionik (SDS) pada
nisbah ZnSO4:KOH (1:3) dapat meningkatkan derajat kristalinitas, menurunkan
intensitas dari senyawa pengotor, dan memperkecil ukuran kristal ZnO. Tambahan CTAB memiliki derajat kristalinitas paling tinggi dan memiliki ukuran kristal yang kecil dibandingkan dengan surfaktan SDS dan tanpa surfaktan.
Saran
Berdasarkan penelitian yang telah dilakukan, dapat diajukan saran, yaitu perlu dilakukan uji analisis lebih lanjut seperti PSA dan SEM untuk mengetahui ukuran dan morfologi kristal.
DAFTAR PUSTAKA
Abdullah M, Yudistira V, Nirmin, Khairurrijal. 2008. Review: Sintesis nanomaterial. J Nano Saintek. 1(2).
Geetha D, Thilagavathi T. 2010. Hydrothermal synthesis of nano ZnO structures from CTAB. Digest J Nanomater Biostruct. 5(1): 297-301.
Gupta A, Bhatti HS, Kumar D, Verma NK, Tandon RP. 2006. Nano and bulk crystals of ZnO: synthesis and characterization. Digest J Nanomater Biostruct. 1(1): 1-9.
He S, Maeda H, Uehara M, Miyazaki M. 2007. Direct synthesis of well dispersed ZnO nanorods without using additional surfactant. Mater Lett. 61: 626-628. doi: 10.1016/j.matlet.2006.05.027.
Mishra M, Muthuprasanna P, Prabha KS, Rani PS, Babu IAS, Chandiran IS, Arunachalam G, Shalini S. 2009. Basic and potential applications of surfactant-A review. Int J PharmTech Res. 1(4): 1354-1365.
Myers D. 2006. Surfactant Science And Technology. 3rd Edition. New Jersey: Jhon Wiley and Son, Inc.
Naskar MK, Patra A, Chatterjee M. 2006. Understanding the role of surfactants on the preparation of ZnS nanocrystals. J Colloid Interface Sci. 297: 271-275. doi: 10.1016/j.jcis.2005.10.057.
Ni Y, Wei X, Hong J, Ye Y, 2005. Hydrothermal preperation and optical properties of ZnO nanorods. Mater Sci Eng. 121:42-47. doi:10.1016/j.mseb.2005.02.065.
10
properties of ZnO Synthesize by hydrothermal method. Int J Mol Sci. 13: 13275-13293. doi:10.3390/ijms131013275.
Roto, Iqmal T, Umi NS. 2008. Sintesis hidrotalsit Zn-Al-SO4 sebagai agen penukar anion untuk aplikasi pengolahan polutan heksacyanoferrat (II). Indo J Chem. 8(3): 307-313.
Sun XM, Chen X, Deng ZX, Li YD. 2002. A CTAB-assisted hydrothermal orientation growth of ZnO nanorod. Mater Chem Phys. 78: 99-104.
Usui H. 2009. Surfactan concentration dependence of structure and photocatalytic properties of ZnO. J Colloid Interface Sci. 336:667-674. doi:10.1016/j.jcis.2009.04.060.
Vidyasagar CC dan Naik YA. 2012. Surfactant (PEG 400) effects on crystallinity of ZnO nanoparticles. Arabian J Chem. doi:org/10.1016/ j.arabjc.2012.08.002.
Wang YD, Zhang S, Ma CL, Li HD. 2007. Synthesis and room temperature photoluminescence of ZnO/CTAB ordered layered nanocomposite with flake-like architecture. J Luminescence. 126:661-664. doi:10.1016/ j.jlumin.2006.10.018.
Wang YX, Sun J, Fan XY, Yu X. 2011. A CTAB-assisted hydrothermal and solvothermal synthesis of ZnO nanopowders. Ceram Int. 37: 3431-3436. doi:10.1016/j.ceramint.2011.04.134
Wen-tao S, Guo G, Lan X. 2010. Synthesis of ZnO whiskers via hydrothermal decomposition route. Trans Nonferrous Met Soc China. 20: 1049-1052. doi: 10.1016/S1003-6326(09)60256-9.
Xu HY, Wang H, Zhang YC, He WL, Zhu MK, Wang B, Yan H. 2004. Hydrothermal synthesis of zinc oxide powders with controllable morphology. Ceram Int. 30: 93-97. doi:10.1016/S0272-8842(03)00069-5. Yan HQ, He RR, Johnson J. 2003. Dendritic nanowire ultraviolet laser array. J
Am Chem Soc. 125: 4728-4729.
12
Lampiran 1 Diagram alir sintesis seng oksida
Larutan ZnSO4 0.01 M Larutan KOH 0.02 M
Larutan Homogen Dilarutkan dengan air deionisasi, diaduk dengan pemutar magnetik
Dimasukkan ke alat radas hidrotermal
Ditambahkan NH4Cl 5 M, pH 10.5. Diaduk.
Larutan Homogen Berbagai nisbah ZnSO4 : KOH
(1:2 ; 1:3 ; 1:4 ; 1:5)
Dipanaskan (120 °C, 5 jam) dilanjutkan kenaikan suhu 20 °C/ 2 jam sampai 160 °C
Dicuci dan dikeringkan (105 °C, 5 jam)
Kristal
Kristal
13
Lampiran 2 Sintesis seng oksida dengan surfaktan (CTAB dan SDS)
Nisbah terbaik (ZnSO4 : KOH ; 1:3)
Larutan Homogen
Ditambahkan SDS Ditambahkan CTAB
Diaduk, larutan homogen
Dipanaskan (120 °C, 5 jam) dilanjutkan kenaikan suhu 20 °C/ 2 jam sampai 160 °C
Dicuci dan dikeringkan (105 °C, 5 jam) Diaduk, larutan homogen
Dipanaskan (120 °C, 5 jam) dilanjutkan kenaikan suhu 20 °C/ 2 jam sampai 160 °C
Kristal
Dicuci dan dikeringkan (105 °C, 5 jam)
Dilarutkan dengan air deionisasi, diaduk
Dimasukkan ke alat hidrotermal
Kristal
Kristal
Dikarakterisasi dengan XRD
Ditambahkan NH4Cl 5M Ditambahkan NH4Cl 5M
14
Lampiran 3 Pola difraksi standar a. Standar ZnO JCPDS 36-1451
b. Standar Zn(OH)2 JCPDS 36-0365
15
16
e. Nisbah ZnSO4:KOH (1:3) dengan surfaktan CTAB.
2θ d (A) I% FWHM Senyawa
f. Nisbah ZnSO4:KOH (1:3) dengan Surfaktan SDS.
17
Lampiran 5 Analisis ukuran kristal ZnO menggunakan persamaan Scherrer. a. Nisbah ZnSO4:KOH (1:3)
Rentang ukuran kristal ZnO 28.49-35.78
Rata-rata ukuran kristal ZnO 32
b. Penambahan surfaktan CTAB
Rentang ukuran kristal ZnO 25.00-34.47
Rata-rata ukuran kristal ZnO 28
c. Penambahan surfaktan SDS
Rentang ukuran kristal ZnO 26.91-33.88
18
Lampiran 6 Contoh perhitungan ukuran kristal dengan persamaan Scherrer. Diketahui : panjang gelombang (λ) = 0.15418 nm
1 Radian = 1 derajat/57.2957795
2θ β (derajat) β (Radian) D (nm)
16.5176 0.43330 0.00756 18.54
Contoh perhitungan D = 0.9λ/βcosθ
D = (0.9× 0.15418)/( 0.00756 cos 8.2588) D = 18.54 nm
Keterangan:
D = Ukuran kristal (nm) λ = Panjang gelombang
RIWAYAT HIDUP
Penulis dilahirkan di Serang pada tanggal 24 Februari 1990 dari ayah Jumrani dan ibu Sugiarti sebagai putri pertama dari dua bersaudara.
Tahun 2008, penulis lulus dari SMA Negeri 1 Cikeusal (Serang-Banten) dan pada tahun yang sama penulis lulus seleksi IPB melalui Undangan Seleksi Masuk IPB (USMI) dan diterima di Departemen Kimia, FMIPA IPB.
Selama menjadi mahasiswa, penulis aktif dalam kegiatan kepanitiaan seperti Rapat Kerja Nasional (Rakernas). Selain itu, tahun 2011 penulis diberi kesempatan menjadi asisten Kimia Lingkungan, tahun 2012 penulis juga pernah menjadi asisten Praktikum Kimia Fisik (PKF) dan asisten Sintesis Kimia Anorganik.
