PENGARUH PENAMBAHAN ATOM NIKEL DAN SURFAKTAN
CETYLTRIMETHYLAMMONIUM BROMIDE (CTAB) TERHADAP
STRUKTUR, SIFAT OPTIK, DAN AKTIVITAS FOTOKATALITIK
NANOPARTIKEL ZINK OKSIDA (ZnO)
Raynaldi Philipus dan Rosari Saleh
Departemen Fisika, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Universitas Indonesia, Depok, 16424, Indonesia
Email: raynaldiphilipus@gmail.com
Abstrak
Nanopartikel ZnO yang dimodifikasi oleh CTAB dan didop dengan empat variasi konsentrasi atom Ni berhasil dibuat melalui metode kopresipitasi. Seluruh sampel dikarakterisasi oleh pengukuran energy dispersive X-ray spectroscopy (EDX), X-ray diffraction (XRD), fourier transform infrared (FTIR) spectroscopy, electron spin resonance (ESR), field emission scanning electron microscope (FESEM), dan UV-Vis spectrophotometry. Hasil pengukuran memperlihatkan bahwa penambahan CTAB dan konsentrasi atom dopant mempengaruhi morfologi dan sifat optik dari seluruh sampel. Pengujian aktivitas fotokatalitik sampel dilakukan pada larutan methyl orange (MO) dan methylene blue (MB) di bawah paparan sinar UV selama 2 jam. Hasil yang diperoleh menunjukkan bahwa efisiensi kinerja degradasi fotokatalitik dari sampel meningkat seiring dengan bertambahnya konsentrasi atom dopant.
The effect of Ni-doping and CTAB on structure, optical properties, and photocatalytic activity of ZnO nanoparticle
Abstract
CTAB-modified ZnO nanoparticles doped with four different concentrations of Ni were successfully synthesized by co-precipitation method. All samples were characterized using energy dispersive X-ray spectroscopy (EDX), X-ray diffraction (XRD), fourier transform infrared (FTIR) spectroscopy, electron spin resonance (ESR), field emission scanning electron microscope (FESEM), and UV-Vis spectrophotometry. The results demonstrated that the addition of CTAB and doping concentration affect the morphology and optical properties of the samples. The photocatalytic activity test of all samples was studied by observing the degradation of methyl orange (MO) and methylene blue (MB) under UV light irradiation. The result indicates that the performance of photocatalytic activity from all samples increases along with the increasing concentration of atomic dopant.
Pendahuluan
Sampai saat ini, banyak jenis nanomaterial yang telah dipelajari sebagai fotokatalis [1-6]. Namun, para peneliti berhasil menemukan bahwa nanomaterial ZnO adalah jenis fotokatalis yang lebih efektif, disebabkan ZnO mampu menyerap spektrum cahaya dengan jangkauan (range) yang lebih besar dibandingkan jenis nanomaterial lainnya [1-3]. Hal ini memberikan efisiensi pembentukan, pergerakan, dan separasi elektron dan hole yang lebih baik. Beberapa peneliti lain melaporkan bahwa ZnO memiliki aktivitas fotokatalitik yang sangat baik pada zat pewarna yang umumnya digunakan di dalam industri, seperti methyl orange dan methylene blue. [4]. Selain itu, beberapa peneliti juga menyatakan bahwa ZnO dapat digunakan dalam kondisi asam maupun basa di dalam perlakuan tertentu [5].
Penelitian ekstensif mengenai aktivitas fotokatalitik menyimpulkan bahwa spesies reaktif maupun pasangan elektron-hole yang berperan dalam proses fotokatalitik terjadi di permukaan fotokatalis ketika menerima paparan cahaya. Dengan demikian, karakteristik permukaan dari ZnO sangat mempengaruhi performa fotokatalitik [6-9]. Belakangan ini, para peneliti memodifikasi morfologi dari ZnO menggunakan beberapa jenis surfaktan atau capping agent, di antaranya cetyltrimethylammonium bromide (CTAB). ZnO yang telah dimodifikasi oleh CTAB dilaporkan memperlihatkan performa degradasi fotokatalitik yang lebih baik. Hal ini disebabkan CTAB mempengaruhi morfologi dan distribusi pori dari nanopartikel ZnO sehingga dapat mendukung aktivitas fotokatalitiknya [10-13].
Hal lain yang juga ditemui oleh beberapa peneliti lain terkait kelemahan ZnO sebagai fotokatalis adalah proses rekombinasi pasangan elektron-hole yang terjadi secara cepat di dalam proses fotokatalisis [14-18]. Hal ini membatasi kinerja dan efektivitas ZnO dalam mendegradasi polutan. Salah satu cara yang ditemukan efektif dalam menangani masalah ini adalah dengan menyisipkan (doping) unsur transisi metal pada kisi kristal ZnO, di antaranya unsur Ni. Pemilihan Ni sebagai atom dopant didasari dengan pemahaman bahwa ion Ni2+ memiliki valensi yang sama dengan Zn2+. Selain itu, radius ionik dari Ni2+ (0.69 Å) tidak terlalu jauh berbeda dengan Zn2+ (0.74 Å) [17-19]. Meskipun demikian, pengaruh konsentrasi atom dopant terhadap sifat fotokatalitik masih sedikit dilaporkan dan dijelaskan.
Pada penelitian ini, sampel Ni-doped ZnO/CTAB nanopartikel ZnO disintesis dengan berbagai variasi konsentrasi dopant melalui metode kopresipitasi. Metode ini dipilih karena dapat dilakukan di suhu yang relatif rendah, tidak memerlukan biaya mahal, dan dapat
dilakukan untuk mengetahui perubahan komposisi dan struktur ZnO. Pengamatan field emission scanning electron microscope (FESEM) dilakukan untuk mengetahui morfologi dari sampel yang dibuat. Karakterisasi electron spin resonance (ESR) dilakukan untuk mengetahui state dari atom dopant Ni. Selain itu, karakterisasi UV-Vis spectrophotometry dilakukan untuk mengamati perubahan sifat optik dari ZnO. Aktivitas fotokatalitik dari sampel Ni-doped ZnO dilakukan dengan mendegradasi larutan methyl orange (MO) dan methylene blue (MB) di bawah paparan sinar UV selama 2 jam. Penelitian ini bertujuan untuk mengamati perubahan struktur, sifat optik, dan sifat fotokatalitik dari nanopartikel ZnO terhadap penambahan atom Ni. Secara khusus, pengamatan mengenai efek modifikasi CTAB terhadap struktur dan morfologi ZnO juga dipelajari. Lebih lanjut lagi, korelasi antara bentuk dan ukuran partikel, sifat optik, dan aktivitas fotokatalitik akan dibahas mendalam.
Tinjauan Pustaka
Berbicara tentang ZnO, sebagai anggota dari grup semikonduktor II-IV, ZnO adalah material semikonduktor tipe-n yang unik dengan karakteristik celah energi yang lebar (3.37eV pada suhu ruang) dan energi ikat eksiton yang besar (60 MeV) [1-3,21-26]. ZnO sendiri memiliki struktur heksagonal wurzite [21-24]. ZnO memiliki sifat tidak beracun, stabil secara kimiawi, dan harganya terjangkau [21-25]. Penelitian ekstensif lebih lanjut berhasil membuktikan bahwa semikonduktor ZnO adalah alternatif fotokatalis yang efisien dan efektif [25-26]. Tak berhenti sampai di situ, para peneliti terus mencari cara di dalam meningkatkan efisiensi performa degradasi fotokatalitik dari ZnO. Salah satu cara yang dilakukan adalah dengan memodifikasi struktur dan morfologi dari nanopartikel ZnO. Ketika digunakan sebagai fotokatalis, aktivitas fotokatalitik dari nanopartikel ZnO diduga akan lebih tinggi disebabkan peningkatan luas permukaan dan perubahan karakteristik permukaan dari nanomaterial [27].
Salah satu studi yang sedang mendapat perhatian besar dalam mendapatkan efisiensi performa degradasi fotokatalitik yang terbaik dari nanopartikel ZnO adalah penambahan surfaktan atau capping agent di dalam memodifikasi struktur dan morfologi ZnO [6-9], di antaranya cetyltrimethylammonium bromide (CTAB) [10-13]. CTAB adalah surfaktan kationik. Ketika dilarutkan ke dalam air maupun etanol, CTAB akan berionisasi menjadi CTA+ dan Br-. ZnO sebagai kristal yang bersifat polar, memiliki sumbu polar. Selain itu, ZnO memiliki bidang polar positif dan negatif pada susunan kristalnya diakibatkan distribusi yang
asimetrik dari atom Zn dan O sepanjang sumbu polarnya. Bidang polar positif (0 0 0 1) ditempati oleh atom Zn sedangkan bidang polar negatif (0 0 0 1) ditempati oleh atom O. Dengan demikian CTA+ dan Br- akan mempengaruhi morfologi dari ZnO dengan adanya interaksi elektrostatik dengan ZnO [28-32]. Selain itu, CTAB juga dapat membentuk micelles maupaun reverse micelles yang berperan penting dalam morfologi akhir dari nanopartikel ZnO [28]. Walaupun demikian, pembahasan mengenai modifikasi CTAB terhadap sifat fotokatalitik nanopartikel ZnO masih jarang dipelajari.
Walaupun demikian, penelitian aplikasi ZnO sebagai fotokatalis masih terus berkembang, terkhusus dalam rangka meningkatkan efisiensi dari performa degradasi fotokatalitik oleh ZnO hingga sesuai dengan kebutuhan proteksi lingkungan. Salah satu kendala yang ditemukan di dalam pengembangan teknologi ini adalah sifat photoinstability dari ZnO [33]. Hal lain yang juga diamati terjadi pada ZnO adalah proses rekombinasi pasangan elektron-hole yang terjadi sangat cepat [14-18]. Para peneliti kemudian melakukan berbagai modifikasi terhadap ZnO sebagai solusi dari permasalahan tersebut. Salah satu cara yang dilakukan adalah dengan menyisipkan (doping) ion atom lain ke dalam kristal ZnO [14-18]. Proses doping, baik kation maupun anion, pada ZnO dapat menimbulkan berbagai kemungkinan sifat baru, misalnya perubahan sifat magnetisme pada semikonduktor [34], konduktivitas tipe-p [35], photoluminescence pada range cahaya tampak [36], termasuk peningkatan fungsi fotokatalitik dari semikonduktor [37]. Sahu dkk. [38] menjelaskan munculnya sifat baru pada ZnO akibat proses ini disebabkan pembentukan level energi near-band-edge dan mid-gap, serta polarisasi spin yang berada dekat pada level energi Fermi. Di dalam laporannya, Sahu dkk. [38] juga menjelaskan bahwa ZnO memiliki kisi hexagonal closed packed dimana atom Zn menempati setengah dari situs tetrahedral, sementara seluruh situs oktahedralnya masih kosong. Dengan demikian, tersedia banyak situs yang dapat mengakomodasi atom Zn intrinsik interstitial maupun atom dopant.
Dengan pemahaman ini, maka memungkinkan bagi para peneliti untuk melakukan doping pada nanopartikel ZnO. Metode yang telah secara ekstensif dipelajari dan terbukti efektif dalam hal ini adalah memodifikasi ZnO dengan menyisipkan (doping) berbagai ion transisi metal, terkhusus unsur transisi metal nikel (Ni) [17-19]. Meskipun pengaruh konsentrasi dopant Ni diamati memiliki efek terhadap struktur dan sifat optis, namun kaitannya dengan aktivitas fotokatalitik dari nanopartikel ZnO masih jarang dibahas.
Bahan dan Metode
Seluruh material penyusun yang digunakan di dalam proses sintesis pada penelitian ini adalah material yang telah teruji kualitasnya dan tidak memerlukan proses pemurnian lebih lanjut, di antaranya ZnSO4.7H2O (99%, Merck), [Ni(NO3)2.6H2O] (99%, Merck), dan
CTAB (99%, Merck). Proses sintesis yang dipilih di dalam penelitian ini adalah metode kopresipitasi dengan NaOH sebagai precipitating agent dan air destilasi sebagai pelarut. Dalam rangka mempelajari pengaruh perbedaan kosentrasi doping Ni dan penambahan CTAB terhadap struktur, sifat optis, dan sifat fotokatalitik dari nanopartikel ZnO, 4 buah sampel ZnO disintesis dengan variasi konsentrasi dopant Ni, yaitu 3, 5, 10, dan 15%. Variasi konsentrasi dopant Ni diperoleh dengan melakukan perbandingan konsentrasi mol [Ni] terhadap mol [Zn] pada persamaan stokiometri reaksi. Dengan demikian, jumlah takaran material [Ni(NO3)2.6H2O] dapat ditentukan. Hal yang serupa juga dilakukan dalam proses
penambahan CTAB pada setiap sampel. Jumlah takaran CTAB yang diberikan ditentukan berdasarkan perhitungan mol [CTAB] bernilai setengah dari mol [Zn]. Selain kedua parameter ini, parameter lain yang ada di dalam proses sintesis nanopartikel Ni-doped ZnO/CTAB dijaga konstan dan sama untuk setiap sampel, misalnya temperatur reaksi (suhu ruang ≈25°C), pH larutan (pH≈13), waktu aging (24 jam), dan temperatur pengeringan (100 °C).
Pertama-tama, sejumlah ZnSO4.7H2O, [Ni(NO3)2.6H2O], dan CTAB yang telah
dihitung dilarutkan ke dalam 350 mL air destilasi. Larutan ini kemudian diletakkan di dalam ultrasonikator dengan frekuensi 40 kHz selama 2 jam. Pengadukan dengan ultrasonik memungkinkan setiap material yang dicampurkan bereaksi secara homogen. Selanjutnya, larutan basa, terbuat dari 0.1 M NaOH yang dilarutkan dalam 400 mL air destilasi, ditambahkan ke dalam larutan awal. Campuran ini kemudian diaduk menggunakan pengaduk magnetik selama 30 menit. Selama pengadukan, derajad keasaman dari campuran dijaga pada pH≈13 dengan penambahan NaOH yang disesuaikan. Setelah itu, campuran dibiarkan mengendap selama 4 jam pada suhu ruang. Endapan yang diperoleh dari tahap sebelumnya dicuci melalui proses sentrifugasi dengan kecepatan 3000 rpm. Pencucian ini dimaksudkan untuk membuang garam-garam sisa (supernatant) yang mungkin terbentuk sebagai hasil sampingan dari reaksi kimia yang terjadi selama pembuatan sampel. Pencucian pertama dilakukan dengan air destilasi selama 30 menit. Pencucian berikutnya dilakukan juga dengan air destilasi selama 15 menit. Pencucian terakhir dilakukan dengan campuran etanol dan air
destilasi (perbandingan 1:2) selama 15 menit. Endapan yang telah dicuci kemudian disimpan dalam suhu ruang selama 24 jam untuk mengalami proses rekristalisasi (aging). Terakhir, endapan tersebut dikeringkan dalam kondisi vakum pada suhu 100 °C selama 4 jam. Produk akhir yang diperoleh adalah nanopartikel Ni-doped ZnO yang telah dimodifikasi oleh CTAB (Ni-doped ZnO/CTAB) dalam bentuk bubuk (powder).
Karakterisasi energy dispersive X-ray spectroscopy (EDX), X-ray diffraction (XRD), dan fourier transform infrared (FTIR) spectroscopy dilakukan untuk mengetahui perubahan komposisi dan struktur ZnO. Pengamatan field emission scanning electron microscope (FESEM) dilakukan untuk mengetahui morfologi dari sampel yang dibuat. Karakterisasi electron spin resonance (ESR) dilakukan untuk mengetahui state dari atom dopant Ni. Selain itu, karakterisasi UV-Vis spectrophotometry dilakukan untuk mengamati perubahan sifat optik dari ZnO. Aktivitas fotokatalitik dari sampel Ni-doped ZnO/CTAB dilakukan dengan mendegradasi larutan methyl orange (MO) dan methylene blue (MB) di bawah paparan sinar UV selama 2 jam. Penelitian ini bertujuan untuk mengamati perubahan struktur, sifat optik, dan sifat fotokatalitik dari nanopartikel ZnO terhadap penambahan atom Ni. Secara khusus, pengamatan mengenai efek modifikasi CTAB terhadap struktur dan morfologi ZnO juga dipelajari. Lebih lanjut lagi, korelasi antara bentuk dan ukuran partikel, sifat optik, dan aktivitas fotokatalitik akan dibahas mendalam.
Hasil dan Pembahasan
Gambar 1. Spektrum EDX (Energy Dispersive X-Ray) dari sampel Ni-ZnO/CTAB dengan variasi konsentrasi atom dopant Ni.
Hasil pengukuran spektroskopi EDX dari sampel yang disintesis pada Gambar 1 menunjukkan puncak-puncak energi yang berkorespondensi dengan unsur Zn, O, Ni, C, dan Br. Keberadaan puncak energi unsur Ni mengonfirmasi keberadaan atom Ni di dalam sampel [39]. Jumlah persentase atomic Ni yang diperoleh dalam penelitian ini sebesar at. 3, 4, 7, dan 12%. Selain itu, keberadaan puncak energi unsur C dan Br memastikan CTAB ikut bereaksi dan berada di dalam sampel [29].
Hasil pengukuran spektroskopi XRD pada Gambar 2 memperlihatkan bahwa seluruh sampel Ni-doped ZnO/CTAB memiliki struktur utama heksagonal wurtzite tanpa kehadiran fase sekunder unsur Ni lain dalam batas sensitivitas alat ukur. Hal ini mengindikasikan atom-atom Ni yang diberikan tersubstitusi masuk ke dalam struktur kristal ZnO [20,40,41].
Gambar 2. Kurva XRD (X-ray Diffraction) dari sampel Ni-ZnO/CTAB dengan variasi konsentrasi atom dopant Ni
Gambar 3. Pengaruh konsentrasi atom dopant Ni terhadap parameter kisi a dan c pada sampel Ni-ZnO/CTAB
Gambar 4. Plot hasil perhitungan crystallite size dari sampel Ni-ZnO/CTAB terhadap konsentrasi atom dopant Ni menggunakan tiga pemodelan analisa Williamson-Hall
Tabel 1. Rasio [Ni]/[Zn], Ni at. %, parameter kisi a=b, parameter kisi c, dan volume sel dari masing-masing sampel Ni-ZnO/CTAB
[Ni/Zn] Ni at.% a=b (Å) c (Å) Volume (Å3)
0.03 3 3.2506 5.2112 47.6865
0.05 4 3.2504 5.2108 47.6770
0.1 7 3.2499 5.2105 47.6596
0.15 12 3.2496 5.2100 47.6497
Gambar 3, Gambar 4, dan Tabel 1 merupakan hasil pengolahan spektrum XRD untuk mendapatkan parameter-parameter dari sampel Ni-doped ZnO/CTAB. Adanya perubahan nilai parameter kisi (a,c), volume sampel, dhkl, dan panjang ikatan Zn-O seiring meningkatnya
konsentrasi atom dopant Ni sesuai dengan kondisi radius ionik Ni2+ yang lebih kecil
dibandingkan Zn2+. Sejalan dengan pengamatan sebelumnya, hasil ini mengindikasikan ion Ni2+ terinkorporasi ke dalam kisi ZnO, secara khusus ion-ion Ni2+ menempati posisi Zn2+ pada kisi kristal seluruh sampel. [20,40,41] Perhitungan analisa Williamson-Hall memperlihatkan adanya perubahan nilai crystallite size yang cenderung menurun namun tidak signifikan seiring meningkatnya konsentrasi atom dopant Ni. Selain itu, tingkat crystallinity yang baik dari seluruh sampel menunjukkan CTAB berperan di dalam pertumbuhan kristal Ni-doped ZnO/CTAB selama proses sintesis. Modifikasi CTAB juga terlihat melalui pengamatan morfologi pengukuran spektroskopi FESEM pada Gambar 5. Sampel Ni-doped ZnO/CTAB menunjukkan morfologi gumpalan tak teratur (irregular lump) yang terbentuk karena keberadaan CTAB yang mempengaruhi pembentukan nanopartikel Ni-doped ZnO/CTAB [12].
Gambar 5. Hasil pengamatan FESEM dari sampel nanopartikel Ni-ZnO/CTAB dengan konsentrasi atom dopant Ni sebesar 7 at.%
Gambar 6. Spektrum absorbansi FTIR dari sampel Ni-ZnO/CTAB dengan variasi konsentrasi atom dopant Ni dan CTAB
Gambar 7. Spektrum intensitas ESR dari sampel Ni-ZnO/CTAB dengan variasi konsentrasi atom dopant Ni
Hasil pengukuran spektroskpi FTIR pada Gambar 6 memberikan infromasi lebih lanjut mengenai struktur sampel Ni-doped ZnO/CTAB. Mode vibrasi yang terdapat pada
bilangan gelombang 667 cm-1 pada setiap sampel muncul akibat substitusi ion Ni2+ pada posisi ion Zn2+. Selain itu, pita lain yang teramati pada rentang bilangan gelombang 762 dan
832 cm-1 merupakan kontribusi mode vibrasi ikatan lokal Zn-O-Ni dan level-level defect pada
sampel. Hal ini mengonfirmasi keberadaan atom Ni di dalam kristal ZnO pada setiap sampel [42]. Dua puncak mode vibrasi C-H dan O-H secara berturut-turut pada bilangan gelombang 2990 cm-1 dan 3400 cm-1 melalui metode dekonvolusi. Dua puncak karakteristik CTAB, berkorespondensi dengan mode vibrasi stretching C-CH2 asimetrik pada bilangan gelombang
2928 cm-1 dan simetrik pada bilangan gelomang 2848 cm-1, juga teramati pada setiap sampel. Hasil ini mengindikasikan keberadaan CTAB pada struktur sampel Ni-doped ZnO/CTAB [29].
Hasil pengukuran spektroskopi ESR pada Gambar 7 mengonfirmasi keadaan oksidasi yang terbentuk di dalam sampel Ni-doped ZnO/CTAB. Berdasarkan hasil pengolahan data diperoleh, seluruh sampel di dalam penelitian ini terkonfirmasi memiliki ion Ni2+ dengan nilai g-value berkisar antara 2.58-2.43. Peningkatan intensitas signal ESR seiring meningkatnya konsentrasi atom dopant Ni mendukung hasil pengukuran EDX sebelumnya, dengan menggambarkan bahwa semakin banyak ion Ni2+ yang terkandung di dalam sampel
[43].
Hasil pengukuran spektroskopi UV-Visible pada Gambar 8 mengindikasikan adanya pergeseran spektrum reflektansi ke arah panjang gelombang merah (red shift) seiring meningkatnya konsentrasi atom dopant Ni. Hal ini dikonfirmasi oleh perhitungan nilai energy gap setiap sampel menggunakan fungsi Kubelka-Munk. Hasil perhitungan nilai energy gap menunjukkan adanya pengurangan seiring meningkatnya meningkatnya konsentrasi atom dopant Ni. Hasil ini dapat disebabkan karena meningkatnya defect pada struktur Kristal ZnO akibat keberadaan ion Ni2+ dan transisi pembawa muatan (elektron-hole) dari pita valensi ke pita konduksi dari ZnO [17].
Gambar 9 dan Gambar 10 memumjukkan hasil pengujian aktivitas fotokatalitik dari sampel Ni-doped ZnO/CTAB. Hasil pengujian aktivitas fotokatalitik menunjukkan bahwa tingkat degradasi MO dari sampel Ni-doped ZnO/CTAB untuk variasi konsentrasi atom dopant Ni at.% 3,4,7, dan 12 berturut-turut mencapai 35%, 43%, 65%, dan 76%. Sementara itu, tingkat degradasi MB dari sampel Ni-doped ZnO/CTAB untuk variasi konsentrasi atom dopant Ni at.% 3,4,7, dan 12 berturut-turut mencapai 48%, 51%, 64%, dan 70%. Dengan kata lain, seiring meningkatnya konsentrasi atom dopant Ni pada sampel, performa aktivitas
Gambar 8. Spektrum reflektansi UV-Visible dari sampel Ni-ZnO/CTAB dengan variasi kosentrasi atom dopant Ni
Gambar 9. Plot hasil perhitungan dekolorisasi Methyl Orange sampel Ni-ZnO/CTAB dengan variasi konsentrasi atom dopant Ni
Gambar 10. Plot hasil perhitungan dekolorisasi Methylene Blue sampel Ni-ZnO/CTAB dengan variasi konsentrasi atom dopant Ni
Hasil ini dapat dijelaskan bahwa perubahan nilai crystallite size yang cenderung menurun namun tidak signifikan mampu mengindikasikan peningkatan luas permukaan sampel Ni-doped ZnO/CTAB. Mengingat bahwa aktivitas fotokatalitik terjadi pada permukaan, maka hal ini dapat meningkatkan aktivitas fotokatalitik dari sampel [6,44]. Di samping itu, CTAB juga memiliki peran dalam memodifikasi distribusi pori pada sampel Ni-doped ZnO/CTAB. Distribusi yang baik dan merata memberikan kemudahan berdifusi bagi sampel dan molekul MO dan MB yang akan didegradasi [12]. Kondisi demikian juga dapat turut membantu meningkatkan aktivitas fotokatalitik. Selain itu, adanya penurunan energy gap yang diamati seiring meningkatnya konsentrasi atom dopant Ni mengindikasikan terbentuknya trapping states yang mampu menghambat proses rekombinasi pasangan elektron-hole [45]. Dengan demikian, performa degradasi fotokatalitik dari sampel Ni-doped ZnO/CTAB dapat meningkat.
Kesimpulan
Satu set sampel Ni-doped ZnO (3,4,7, dan 12 at.%) dengan modifikasi CTAB berhasil disintesis melalui metode kopresipitasi. Keberadaan atom Ni dan CTAB pada seluruh sampel dikonfirmasi melalui pengukuran EDX, FTIR, dan ESR. Analisis hasil pengukuran XRD menunjukkan bahwa penambahan atom Ni dan CTAB tidak mengubah struktur dari nanopartikel ZnO. Pengamatan FESEM memperlihatkan morfologi gumpalan tak beratur (irregular lump) akibat modifikasi CTAB pada sampel Ni-doped ZnO/CTAB. Pengamatan sifat optik melalui analisa hasil pengukuran UV-Visible spectroscopy menunjukkan penurunan nilai energy gap seiring dengan meningkatnya konsentrasi atom dopant Ni. Hasil pengujian aktivitas fotokatalitik sampel Ni-doped ZnO/CTAB memperlihatkan peningkatan performa aktivitas fotokatalitik seiring dengan peningkatan konsentrasi atom dopant Ni. Hal ini dapat disebabkan oleh peningkatan pembentukan trapping states, yang mampu menghambat proses rekombinasi pasangan elektron-hole, seiring dengan meningkatnya konsentrasi atom dopant Ni.
Daftar Acuan
[1] F. Sun, X. Qiao, F. Tan, W. Wang, X. Qiu, Applied Surface Science 263 (2012)704-711 [2] J. Ye, R. Zhou, C. Zheng, Q. Sun, Y. Lv, C. Li, X. Hou, Microchemical Journal 100 (2012) 61-65
[3] J. Xie. Y. Li, W. Zhao, L. Bian, Y. Wei, Powder Technology 207 (2011) 140-144
[4] C.A.K. Gouvea, F. Wypych, S.G. Moraes, N. Duran, N. Nagata, P. Peralta-Zamora, Chemosphere 40 (2000) 433-400
[5] O.A. Fouad, A.A. Ismail, Z.I. Zaki, R.M. Mohamed, Applied Catalysis B: Environmental 62 (2006) 144-149
[6] H. Wang, C. Xie, W. Zhang, S. Cai, Z. Yang, Y. Gui, Journal of Hazardous Materials 141 (2007) 645-652
[7] S. Suwanboon, Science Asia 34 (2008) 31-34
[8] X. Li, G. He, G. Xiao, H. Liu, M. Wang, Journal of Colloid Interface Science 333 (2009) 465-473
[9] K. Thongsuriwong, P. Amornpitoksuk, S. Suwanboon, Journal of Physical and Chemical Solids 71 (2010) 730-734
[10] Z. Yang, L. Lv, Y. Dai, Z. Xv, D. Qian, Applied Surface Science 256 (2010) 2898-2902 [11] S. Suwanboon, P. Amornpitoksuk, N. Muensit, Ceramics International 37 (2011) 2247-2253
[12] J. Zhong, J. Li, Z. Xiao, W. Hu, X. Zhou, X. Zheng, Materials Letters 91 (2013) 301-303 [13] H. Usui, Materials Leters 63 (2009) 1489-1492
[14] D. Jung, Solid State Sciences 12 (2010) 466-470
[15] C. Xu, L. Cao, G. Su, W. Liu, X. Qu, Y. Yu, Journal of Alloys and Compounds 497 (2010) 373-376
[16] N. Shanmugam, K. Dhanaraj G. Viruthagiri, K. Balamurugan, K. Deivam, Article in Press, Arabian Journal of Chemistry (2011)
[17] J. Zhao, L. Wang, X. Yan, Y. Yang, Y. Lei, J. Zhou, Y. Huang, Y. Gu, Y. Zhang, Materials Research Bulletin 46 (2011) 1207-1210
[18] K.C. Barick, S. Singh, M. Aslam, D. Bahadur, Microporous Mesoporous Materials 134 (2010) 195-202
[19] A.A.M. Farag, M. Cavas, F. Yakuphanoglu, F.M. Amanullah, Journal of Alloys and Compounds 509 (2011) 7900-7908
[20] R. Chauhan, A. Kumar, R.P. Chaudhary, Research on Chemical Intermediates, DOI 10.1007/s11164-001-0478-5
[21] Y.W. Chen, Q. Qiao, Y.C. Liu, G.L. Yang, Journal of Physical Chemistry C 113 (2009) 7497-7502
[22] J.J. Wu, S.C. Liu, C.T. Wu, K.H. Chen, L.C. Chen, Applied Physics Letter 81 (2002) 1312-1314
[23] M. Izaki, S. Watae, H. Takahashi, Applied Physics Letter 83 (2003) 4930-4932
[24] S. Hingorani, V. Pillai, P. Kumar, M.S. Multani, D.O. Shah, Materials Research Bulletin 28 (1993) 1303-1310
[25] M.A. Behnajady, N. Modirshahla, R. Hamzavi, Journal of Hazardous Materials B 133 (2006) 226-232
[26] S. Sakthivel, B. Neppolian, M.V. Shankar, B. Arabindoo, M. Palanichamy, V. Murugesan, Solar Energy Materials and Solar Cells 77 (1) (2003) 65-82
[27] C. Hariharan, Applied Catalysis A: General 304 (2006) 55-61
[28] Y. Wang, J. Sun, X. Fan, X. Yu, Ceramics International 37 (2011) 3431-3436
[29] Y.D. Wang, S. Zhang, C.L. Ma, H.D. Li, Journal of Luminesence 126 (2007) 661-664 [30] J. Chen, Y. Hu, X. Zheng, Colloids and Surfaces A: Physicochem. Engineering Aspects 313-314 (2008) 576-580
[31] Y.H. Ni, X.W. Wei, X. Ma, J.M. Hong, Journal of Crystal Growth 283 (2005) 48-56 [32] X.M. Sun, X. Chen, Z.X. Deng, Y.D. Li, Materials Chemistry and Physics 78 (2002) 99-104
[33] P.E. Jongh, E.A. Meulenkamp, D. Vanmaekelbergh, J.J. Kelly, Journal of Physical Chemistry B 104 (2000) 7686-7693
[34] T. Dietl, Nature Material 9 (2010) 965
[35] Y. Nakano, T. Morikawa, T. Ohwaki, Y. Taga, Applied Physics Letter 88 (2006) 172103 [36] X.L. Wu, G.G. Siu, C.L. Fu, H.C. Ong, Applied Physics Letter 78 (2001) 2285
[37] R. Georgekutty, M.K. Seery, S.C. Pillai, Journal of Physical Chemistry C 112 (2008) 13563
[38] R. K. Sahu, K. Ganguly, T. Mishra, M. Mishra, R.S. Ningthoujam, S.K. Roy, L.C. Pathak, Journal of Colloid and Interface Science 366 (2012) 8-15
[39] C.J. Cong, J.H. Hong, Q.Y. Liu, L. Liao, K.L. Zhang, Solid State Communications 138 (2006) 511-515
[41] I. Balti, A. Mezni, A. Dakhlaouni-Omrani, P. Leone, B. Viana, O. Brinza, L. Smiri, N. Jouini, Journal of Physical Chemistry C 115 (2011) 15758-15766
[42] R. Elilarassi, G. Chandrasekaran, Materials Chemistry and Physics 123 (2010) 450-455 [43] R. Saleh, N. F. Djaja, S. P. Prakoso, Journal of Alloys and Compounds 546 (2013) 48-56 [44] R. Saravanan, Vinod Kumar Gupta, V. Narayanan, A. Stephen, Journal of Molecular Liquids 181 (2013) 133-141
[45] X. Cai, Y. Cai, Y. Liu, H. Li, F. Zhang, Y. Wang, Journal of Physics and Chemistry of Solids 74 (2013) 1196-1203
