PENUMBUHAN NANOPARTIKEL PERAK DENGAN METODE SEED-MEDIATED
GROWTH
GROWTH OF SILVER NANOPARTICLES BY USING SEED-MEDIATED
GROWTH METHOD
Iwantono1*, Akrajas Ali Umar2, Rizky Ardie Yani1
1 Jurusan Fisika FMIPA Universitas Riau, Pekanbaru
email: iwan_tono@yahoo.co.uk
2 Institute of Microengineering and Nanoelectronics, Universiti Kebangsaan Malaysia
ABSTRACT
Spherical silver nanoparticles have been grown by using seed-mediated growth method onto solid substrate. The growth of silver nanoparticles was carried out using surfactant of Polyvinilpyrrolidone (PVP) with its various concentrations and ascorbic acid solution of different volume. Effect of PVP concentration and various volume of ascorbic acid was studied by using UV-Vis Spectroscopy, X-Ray Diffraction and FESEM. The UV-Vis spectra of samples showed high single absorption peak and there was tendency to obtained second peak with lower intensity. The spectra indicated the growth of silver nanoparticles with its geometrical spherical shape and tended to grow other shape. The XRD pattern of samples showed 2 peaks at 2θ = 38.117° and 44.278° which represented the growth of silver nanoparticles with their crystal orientation of (111) and (200). FESEM images of samples showed the growth of spherical nanoparticles of silver due to agglomeration process. The higher magnification of FESEM images clearly confirmed that the silver nanoparticles groups, were formed of smaller particles of nano-spherical and nano-plate of silver. FESEM analysis was also successfully measured the diameter of silver particles of about 300-650 nm.
Keywords: Silver nanoparticles, Seed-mediated growth, FESEM, XRD ABSTRAK
Nanopartikel perak berbentuk spheris telah berhasil ditumbuhkan menggunakan metode penumbuhan melalui mediasi pembenihan (seed-mediated growth) pada substrat padat. Penumbuhan nanopartikel perak ini dilakukan dengan menggunakan Surfaktan Polyvinilpyrrolidone (PVP) dengan konsentrasi bervariasi dan larutan asam askorbit dengan volume yang berbeda. Efek dari variasi konsentrasi larutan PVP dan variasi volume larutan asam askorbit dikaji dengan menggunakan spektroskopi UV-Vis (Ultraviolet Visible), XRD (X-Ray Diffraction), dan FESEM (Field Emission Scanning Electron Microscope). Spektrum UV-Vis dari sampel memperlihatkan kemunculan puncak absorpsi tunggal yang tinggi dengan kecenderungan membentuk puncak kedua yang lebih landai. Spektrum ini mengindikasikan pada sampel tumbuh nanopartikel perak berbentuk spheris atau bulat, dan cenderung tumbuh bentuk lain. Pola XRD menunjukkan bahwa kemunculan 2 puncak XRD pada sudut 2θ = 38.117° dan 44.278° adalah merupakan representasi tumbuhnya nanopartikel perak pada substrat dengan bidang orientasi kristal (111) dan (200). Foto FESEM memperlihatkan tumbuhnya nanopartikel berbentuk spheris menggumpal yang merupakan hasil proses aglomerasi. Foto FESEM dengan pembesaran yang lebih tinggi memperlihatkan dengan jelas bahwa partikel perak yang terbentuk merupakan penggumpalan partikel-partikel yang lebih kecil yang berbentuk spheris dan lempengan kecil. Analisa FESEM juga berhasil mengukur ukuran diameter partikel, yaitu berkisar antara 300-650 nm.
1. PENDAHULUAN
Nanomaterial logam telah banyak menarik peneliti karena memiliki banyak keunggulan dan keunikan. Berbagai jenis logam dan bentuk nanomaterial telah berhasil disentesa dan ditumbuhkan di atas substrat padat, diantaranya nanomaterial emas [1,2], nanopartikel platinum dan palladium [3,4].Nanopartikel logam dapat dibuat dengan menggunakan perak sebagai bahan utama di atas permukaan substrat seperti ITO. Keuntungan penggunaan bahan utama logam mulia sebagai katalis karena memiliki tingkat aktivitas yang tinggi, selektifitas yang baik, dan daya tahan yang baik. Nanopartikel perak menjadi objek penelitian yang menarik para peneliti karena memiliki sifat yang luar biasa, seperti memiliki konduktivitas yang baik, memiliki efek katalitik, dan bersifat antibakteri [5]. Nanomaterial perak dalam bentuk plat telah berhasil disintesa, dengan bentuk permukaan yang bervariasi [6].Selain itu, nanopartikel perak telah berhasil dimodifikasi untuk digunakan dalam berbagai bidang, seperti untuk bahan tekstil, semikonduktor serta untuk bahan baku pembuatan nanokomposit [7].
2. METODE PENELITIAN
Bahan: Silver Nitrate-Ag[NO3] produk dari Wako Pure Chemical, Trisodium Citrate
(TC)-C6H5Na3O7 dari produk Wako Pure Chemical, Sodium Tetrahydroborate- (NaBH4) dari
produk Fluka, Ascorbic Acid-C6H8O6 dari produk Wako Pure Chemical, dan
Polyvinylpyrrolidone-PVP dari produk Sigma Aldrich.
Metode: Penumbuhan nanopartikel perak dengan teknik seed-mediated growth terdiri dari
dua langkah utama, yaitu proses pembenihan dan proses penumbuhan. Proses pembenihan diawali dengan membuat larutan pembenih, yang merupakan campuran dari larutan perak- AgNO3 0,01 M dan DI water; selanjutnya substrat ITO direndam ke dalam
larutan pembenih ini selama 30 menit dan saat 10 menit terakhir dicampurkan larutan NaBH4 0,1 M kemudian didiamkan. Setelah 1 jam, sampel diangkat dari dalam larutan,
dibilas dengan DI water dan dikeringkan. Proses penumbuhan dilakukan dengan merendam sampel yang telah dibenihkan ke dalam larutan penumbuh (campuran larutan AgNO3, asam askorbit dan PVP), dengan konsentrasi PVP bervariasi (0,5 mM, 0,8 mM, 1
mM, 2 mM) dan variasi volume asam askorbit (0,10 mL, 0,15 mL, 0,20 mL, dan 0,25 mL). Waktu perendaman sampel ke dalam larutan penumbuh dilakukan selama 4 jam untuk semua sampel. Karakterisasi sampel yang digunakan adalah spektroskopi UV-Vis dengan menggunakan Spektrofotometer UV-Visible model Lamda 900 perkin Elmer, XRD menggunakan Difraktometer sinar-X dan FESEM dengan menggunakan FESEM yang digunakan adalah seri SUPRA 55VP
3. HASIL DAN PEMBAHASAN
Hasil proses pembenihan nanoprtikel dapat dilihat dari berubahnya warna larutan dari warna bening menjadi warna kuning keemasan. Adapun rekasi kimia yang terjadi dalam proses pembenihan adalah sebagai berikut:
2NaBH4 + 2AgNO3 + 6H2O 2Ag + 2NaNO3+ 2H3BH4 + 3H2 + 3O2
Warna larutan berubah menjadi kuning emas karena partikel perak pada ukuran besar memantulkan warna bening sedangkan pada dimensi nano memantulkan warna kuning. Terjadi perubahan warna yang dipancarkan larutan pembenih ini dapat diartikan bahwa telah merubah karakteristik optik dari perak dan menghasikan gelembung gas di sekitar substrat.
Penumbuhan nanopartikel perak terjadi merupakan hasil dari reaksi antara larutan penumbuh dengan surfaktan PVP. Asam askorbit yang dicampurkan ke dalam larutan penumbuh bertindak sebagai pereduksi lemah yang digunakan untuk mereduksi ion Ag+
menjadi atom Ag. 0,5 mL larutan Penumbuhan nanopartikel perak dilakukan dengan memvariasikan konsentrasi surfaktan dan volume asam askorbit. Reaksi yang terjadi pada proses penumbuhan nanopartikel perak adalah sebagai berikut :
C6H8O6 + 2AgNO3 2Ag + C6H6O6 + 2HNO3
Spektrum absorpsi UV-Vis dari nanopartikel perak dengan variasi kosentrasi PVP diperlihatkan pada Gambar 1.
Gambar 1. Spektrum UV-Vis dari larutan nanopartikel perak dengan variasi konsentrasi larutan PVP
Spektrum absorpsi UV-Vis dari sampel dengan variasi konsentrasi larutan PVP, seperti yang ditunjukkan dalam Gambar 1 menunjukkan bahwa keempat sampel memiliki
0 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25 0,3 0,35 0,4 0,45 0,5 330 370 410 450 490 530 570 610 650 690 A b s (a .u ) wavelenght (nm) PVP 0.5 mmol PVP 0.8 mmol PVP 1 mmol PVP 2 mmol
puncak absorpsi single peak pada panjang gelombang hampir sama yaitu sekitar 440 nm, kecuali sampel dengan konsentrasi larutan PVP 0,8 mM, yang puncaknya terjadi pada panjang gelombang 460 nm. Puncak tunggal ini merepresentasikan ciri spektrum absorpsi UV-Vis untuk nanopartikel perak spheris atau bulat yang mendominasi sampel. Untuk sampel dengan konsentrasi PVP 1 mmol dan 2 mmol, ada kecenderungan tambahan puncak absorpsi pada panjang gelombang sekitar 350 nm, yang diduga merupakan representasi bentuk geometri lain dari nanopartikel perak juga tumbuh pada sampel. Sampel dengan konsentrasi larutan PVP 0,8 mM memiliki absorbansi tertinggi dibanding sampel lain, yaitu 0,4556 a.u., sedangkan sampel dengan konsentrasi larutan PVP 1 mol memiliki nilai absorbansi terendah, sebesar 0,2694 a.u.
Gambar 2 memperlihatkan spectrum UV-Vis dari sampel nanopartikel perak dengan variasi volume asam askorbit pada konsentrasi PVP 0,8 mM, yang memperlihatkan puncak tunggal dengan intensitas tinggi muncul pada panjang gelombang sekitar 450 nm. Sama halnya dengan Gambar 1, pada Gambar 2 juga nanopartikel spheris diyakini merupakan bentuk geometri yang dominan tumbuh pada sampel, dengan kecenderungan munculnya bentuk geomteri lain yang merupakan representasi puncak rendah pada panjang gelombang 350 nm. Sedangkan intensitas absorpsi tertinggi dihasilkan oleh sampel dengan volume asam askorbit 0,20 mL, sebesar
0,3089 a.u.
Gambar 2. Spektrum UV-Vis dari larutan nanopartikel perak dengan variasi volume asam askorbit
Pola difraksi sinar-X (XRD) dari sampel yang disiapkan dengan konsentrasi larutan PVP 0,8 mM dan volume larutan asam askorbit 0,20 mL diperlihatkan pada Gambar 3. Dapat dilihat pada gambar tersebut, bahwa pola XRD dari sampel menghasilkan 2 puncak pada sudut 2θ =
38.117° dan 44.278°
. Hasil analisa dengan menggunakan aplikasi Eva DiffracPlus Evaluation memperlihatkan bahwa struktur Kristal sampel adalah fcc (faced centered cubic) dengan parameter kisi a=b=c=4,0862
Ȧ, sedangkan
kedua puncak XRD memiliki nilai hkl (111) dan (200). Hasil analisa Eva Diffrac Plus Evaluation juga mengkonfirmasi bahwapartikel yang tumbuh pada substrat dan partikel tersebut adalah perak dengan nomor
JCPDS (Joint Committee on Power Diffraction Standard) 00-004-0783.
Gambar 3. Spektrum XRD nanopartikel perak dengan konsentrasi larutan PVP 0,8 mM dan volume larutan asam askorbit 0,20 mL
Foto FESEM dari nanopartikel perak yang disiapkan dengan konsentrasi larutan PVP 0,8 mM dan volume asam askorbit 0,20 mL diperlihatkan pada Gambar 4. Dari gambar tersebut dapat dilihat dengan jelas bahwa partikel yang tumbuh berbentuk bulat yang berkelompok membentuk kumpulan seperti rangkaian buah anggur serta berbentuk bulat tidak sempurna. Beberapa partikel lagi tumbuh berbentuk batang dan berkelompok dengan partikel lainnya. Ukuran partikel cukup besar dan beragam dengan kisaran 300-650 nm. Partikel perak yang terbentuk adalah merupakan hasil proses aglomerasi dari atom-atom perak, sehigga menghasilkan partikel berukuran cukup besar yang tersusun dari partikel-partikel yang lebih kecil. Partikel yang lebih kecil yang cenderung mengelompok (aglomerasi) tersebut memiliki bentuk yang agak berbeda anatar sampel satu dengan yang lain, seperti diperlihatkan pada Gambar 5, yang memperlihatkan kebergantungan bentuk partikel kecil pada volume asam askorbit yang dicampurkan pada larutan penumbuh.
Gambar 4. Foto FESEM nanopartikel perak dengan konsentrasi larutan PVP 0,8 mM dan volume larutan asam askorbit 0,20 mL
Gambar 5 adalah foto FESEM dengan perbesaran 50.000 kali, keempat sampel disiapkan pada konsentrasi larutan PVP 0,8 mM dengan variasi volume larutan asam askorbit. Pada sampel (A) dengan volume asam askorbit 0,10 ml nanopartikel perak yang tumbuh memiliki bentuk spheris atau bulat, sampel (B) dengan volume asam askorbit 0,15 ml partikel perak yang tumbuh memiliki bentuk spheris yang cenderung memiliki beberapa sisi, sampel (C) dengan asam askorbit 0,20 ml, menghasilkan nanopartikel perak dengan bentuk yang lain, yaitu nanoplate atau pelat yang teraglomerasi, sedangkan sampel (D) dengan volume asam askorbit 0,25 ml, menghasilkan nanopartikel perak yang berbentuk nanoplate yang tidak teraglomerasi/tergumpal. Sehingga dapat dikatakan bahwa volume asam askorbit memiliki pengaruh dalam membentuk nanopartikel perak yang tumbuh. Semakin besar volume asam askorbit, nanopartikel perak yang tumbuh lebih mengarah ke bentuk nanoplate atau pelat. Asam askorbit berfungsi sebagai perekduksi dari ion Ag+
menjadi atom Ag sehingga semakin besar volume asam askorbit, maka semakin banyak ion Ag+ yang tereduksi menjadi atom Ag karena energi ionisasi menjadi lebih kecil.
Gambar 5. Foto FESEM perbandingan pengaruh variasi volume asam askorbit terhadap bentuk nanopartikel perak
4. KESIMPULAN DAN PROSPEK
Nanopartikel perak telah dapat ditumbuhkan di atas substrat ITO dengan menggunakan metode seed-mediated growth, dengan memvariasikan konsentrasi larutan PVP dan variasi volume asam askorbit. Nanopartikel perak yang tumbuh memiliki bentuk bulat (spheris) berkelompok dan ada beberapa bentuk lainnya seperti pelat (nanoplate). Indikasi bentuk partikel perak tersebut juga didukung oleh kurva absorpsi UV-Vis yang menghasilkan puncak tunggal mendominasi spectrum absorpsi Uv-Vis dan tambahan puncak rendah pada beberapa sampel yang mengindikasikan terbentuknya bentuk geomteri lain selain bentuk bulat. Ukuran partikel perak yang tumbuh adalah berkisar 300-650 nm. Pola XRD dari sampel tersebut memiliki orientasi bidang Kristal (111) dan (200) serta memiliki struktur Kristal Face-centered Cubic (FCC). Puncak difraksi terjadi pada sudut 2θ pada 38.117° dan 44.278°.
Nanopartikel perak yang telah berhasil disintesis ini memiliki potensi untuk digunakan pada beberapa aplikasi, diantaranya adalah sebagai katalis superkapasitor dan lapisan katalis yang dilapiskan pada elektroda lawan dari sel surya fotoelektrokimia.
5. UCAPAN TERIMA KASIH
Ucapan terima kasih disampaikan kepada Direktorat Pendidikan Tinggi yang telah mendanai riset ini lewat Hibah Kerjasama Luar Negeri (KLN) an Dr. Iwantono tahun 2015.
6. DAFTAR PUSTAKA
[1]. Umar AA, Iwantono I, Abdullah A, Mat Salleh M dan Oyama M, Gold nanonetwork film on the ITO surface exhibiting one-dimensional optical properties, Nanoscale Research Letters, 7, 252 (2012)
[2]. Iwantono, Umar AA, Taer E dan Vepy A, Synthesis and Characterization of Gold Nanoplates onto Solid Substrates by Seed-Mediated Growth Method, Materials Science Forum, Vol. 756 (2013)
[3]. Iwantono, Taer E, Umar AA, Optimation Growth of Platinum and Palladium Nanoparticles on Stainless Steel 316L and Activated Carbon Pellet Substrates,
American Institute of Phsics Conf Proc. Series, Vol. 1454 (2012)
[4]. Umar AA dan Oyama M, Synthesis of Palladium Nanobricks with Atomic-Step Defects,
Cryst. Growth. Des., (2006)
[5]. Köhler JM, Abahmane L, Wagner J, Albert J, Mayer G, Preparation of metal nanoparticles with varied composition for catalytical applications in microreactors”,
Chemical Engineering Science63, 10, 5048 - 5055 (2008).
[6]. Iwantono, Umar AA, Taer E, Saputrina TT, Synthesis of silver nanosheets onto solid substrates by using seed-mediated growth method, American Institute of Physics - AIP Publishing, Vol. 1554 (2013)
[7]. Cozzoli PD, Comparelli R, Fanizza E, Curri ML, Agostiano A, Laub D, Photocatalytic synthesis of silver nanoparticles stabilized by TiO2 nanorods, A semiconductor/metal nanocomposite in homogeneous nonpolar solution. 126(12):3868-3879 (2004).
