PREPARASI DAN KARAKTERISASI POLIPIROL (PPy) PADA ELEKTRODA KERJA KASA BAJA 400 MESH SECARA VOLTAMMETRI SIKLIK (CV)

(1)

PREPARASI DAN KARAKTERISASI POLIPIROL (PPy)

PADA ELEKTRODA KERJA KASA BAJA 400 MESH

SECARA VOLTAMMETRI SIKLIK (CV)

Anceu Murniati

1

_{, Buchari}

2

_{, Suryo Gandasasmita}

2

_{, Zeily Nurachman}

2

_.

1_{Jurusan Kimia Fakultas MIPA Universitas jenderal Achmad yani (UNJANI)}

Jl.Terusan Jend. Sudirman PO. BOX 148 Cimahi

2_{Program Studi Kimia FMIPA Instutut Teknologi Bandung (ITB)}

Jl.Ganesha No.10 Bandung Email : an_murniati@yahoo.co.id

Abstrak

Telah dilakukan penelitian preparasi dan karakterisasi film polipirol (PPy) pada elektroda kerja kasa baja 500 mesh

dengan metode elektropolimerisasi

secara voltametri siklik (CV). Optimasi kondisi elektropolimerisasi pirol (Py) meliputi jendela potensial, laju selusur

dan jumlah siklus. Berdasarkan

voltamogram, elektropolimerisasi Py dicapai pada laju selusur 100 mV/s sebanyak sepuluh siklus dengan jendela potensial 0 s/d 1200 mV terhadap Ag/AgCl sebagai elektroda pembanding; pada konsentrasi monomer 0,5 M dan KCl 0,1 M sebagai elektrolit pendukung. Abstract

Has been studied preparation and characterization of polypyrrole (PPy) film on 500 mesh of steel gauze as

working electrode with

electropolymerization by cyclic

voltammetry (CV) method. Optimization conditions of electropolymerization of pyrrole (Py) include the potential window, the scan rate and number of cycles. Based on voltamogram, Py electropolymerization achieved on scan rate 100 mV/s with ten cycles and

potential window of 0 to 1200 mV versus Ag/AgCl as reference electrode; on monomer concentration 0.5 M and KCl 0.1 M as supporting electrolyte.

Key words: 500 mesh of steel gauze, electropolymerization, voltammogram

1. Pendahuluan

Polipirol (PPy) merupakan salah satu polimer konduktif yang memiliki sifat elektronik, mekanik yang stabil serta mudah untuk disintesis. PPy cukup menjanjikan untuk berbagai aplikasi, termasuk bidang elektroanalitik dan elektrokimia. Dalam keadaan oksidasi, PPy sebagai senyawa elektroaktif bermuatan positif yang akan bergabung dengan counter ion sebagai dopan. (Wang, 2000; Walaiporn et al., 2009). Pada polimerisasi secara elektrokimia, monomer dilarutkan dalam pelarut yang sesuai yang berisi larutan garam sebagai elektrolit pendukung. Monomer tersebut dioksidasi pada permukaan

elektroda pada potensial anodik

(oksidasi). Pada oksidasi awal, monomer membentuk radikal kation lalu bereaksi dengan monomer lain dalam larutan membentuk oligomer dan pertumbuhan rantai selanjutnya terbentuk polimer.

(2)

2

Perpanjangan polimer terkonyugasi yang dihasilkan mengakibatkan terjadinya

penurunan potensial anodik

dibandingkan dengan oksidasi monomer. Voltammetri siklik (CV) merupakan salah satu metode yang sering digunakan untuk karakterisasi sifat konduksi film polimer. Digunakan metode tersebut karena dapat mempelajari reversibilitas transfer elektron pada proses oksidasi dan reduksi melalui diagram arus terhadap potensial. Spesi intermediet yang memiliki waktu hidup yang singkat dapat diamati dengan mikroelektrode pada kecepatan pemindaian yang tinggi. Keadaan intermediet tersebut (radikal kation) sangat penting dalam mekanisme

elektropolimerisasi. Dalam proses

elektropolimerisasi melibatkan beberapa variabel seperti pelarut, konsentrasi monomer, jenis elektrolit, temperatur, bahan elektroda dan kondisi elektrolisis. Kondisi elektrolisis, suatu polimer didepositkan secara potensiostatik atau galvanostatik, dari kondisi ini ada keterkaitan dengan struktur dan sifat pada pertumbuhan film PPy dan laju produksi polimer (So¨nmez et al., 2002).

Keuntungan preparasi film yang

dipolimerisasi secara elektrokimia

adalah prosesnya dapat dikerjakan dengan mudah dan waktu pengerjaan prosedur yang pendek. Lebih jauh, metode tersebut dapat mengontrol ketebalan lapisan film polimer dengan pasti berdasarkan pengukuran arus

listrik selama elektropolimerisasi

berlangsung (Cosnier et al., 1996)

Logam mulia seperti Pt bertindak sebagai elektroda kerja pada reaksi

redoks. Fungsi logam Pt untuk

mengambil atau melepaskan elektron, sementara logam itu sendiri tidak ikut serta secara nyata dalam reaksi redoks (inert). Selain elektroda kerja Pt,

beberapa peneliti telah berhasil

memanfaatkan logam Cu; paduan Zn-Cu (kuningan) serta potensi kasa baja sebagai elektroda kerja yang telah

dilaporkan pada penelitian sebelumnya (Murniati et al, 2010). Penelitian sebelumnya dipelajari optimasi kondisi elektropolimerisasi Py dengan dopan asam glutamat (PPy-Asg)(Murniati et al 2007; 2009) serta studi elektrometri elektroda kerja Pt yang didukung spektrum IR dan karakterisasi elektroda Pt dan kasa baja pada larutan blanko, variasi konsentrasi dan jumlah siklus (Murniati, et al 2010).

Pada penelitian ini dipelajari

preparasi dan karakterisasi PPy pada elektroda kerja kasa baja 500 mesh secara dengan metode CV. Optimasi kondisi dipelajari melalui voltamogram yang meliputi laju pindai, potensial kerja dan jumlah siklus. Pengukuran dilakukan pada konsentrasi monomer 0,05 M dalam larutan KCl 0,1M sebagai elektrolit pendukung.

3. Metode Penelitian 3.1 Bahan Kimia

Bahan-bahan kimia yang digunakan berkualitas pro analisis sebagian besar

produk Merck. Sebagai monomer

digunakan pirol,

Pyrrole 98 %,

[109-97-7], C

4

H

5

N,

BM=67,09; Merck 13,8204

Beil, 20,V,3 ; BJ = 967 g/mL, diperoleh dari Sigma-Aldrich; Sebagai elektrolit pendukung digunakan larutan KCl 0,1 M. Semua senyawa tersebut dilarutkan dalam pelarut akuabides.

3.2. Peralatan

Elektroda kerja kasa baja

Kasa baja berpori 500 mesh anti karat ukuran 2 mm x 7cm.

Elektroda pembanding Ag/AgCl

Elektroda pembanding Ag/AgCl dibuat dengan cara elektrolisis pada kawat Ag dengan menggunakan larutan KCl 0,1 M pada potensial 2 V. Kawat Ag yang telah dilapisi dimasukkan ke dalam badan elektroda kaca lalu dimasukan sejumlah cairan KCl jenuh 3 M. Elektroda

(3)

3

pembanding disimpan dalam wadah yang berisi larutan KCl 3 M.

Peralatan pengukuran

Peralatan untuk elektropolimerisasi Py yaitu satu set alat sel elektrolisis terdiri dari wadah sel elektrolisis 10 mL dengan empat lubang pada leher wadah sel, terdiri dari elektroda kerja kasa baja;

elektroda pembanding Ag/AgCl;

elektroda bantu dari kawat Pt serta satu lubang untuk aliran gas nitrogen untuk mencegah oksigen terlarut. Satu set sel elektrolisis tersebut dihubungkan dengan Potensiostat yang dilengkapi dengan satu set komputer pengolah data dengan program Basi-Epsilon Version

1.60.70. (Murniati et al., 2007 ;2009;

2010).

Gambar 1 Satu set sel elektropolimerisasi Py

4.Hasil dan Pembahasan

4.1 Kalibrasi elektroda pembanding Ag/AgCl pada elektrolit K3Fe(CN)6

Kalibrasi elektroda pembanding

Ag/AgCl dilakukan pengukuran pada

larutan elektrolit K3Fe(CN)6 1 mM

sebanyak 10 mL pada wadah sel elektrolisis yang dilengkapi dengan lektroda kerja platina; elektroda bantu platina dan elektroda pembanding Ag/AgCl. Pengukuran dilakukan dengan metode CV, dengan kondisi operasi seperti berikut:

Jendela potensial 0 s/d 1000 skala arus 1mA

laju pindai 100 mV/s

Dari hasil penelitian, karakterisasi elektroda kerja Ag/AgCl memberikan respon baik dengan puncak potensial

(Ep) sekitar 400-600 mV (Gambar 2)

jendela potensial 0 s/d 1000 mV dan laju

pindai 100 mV/s Vs Ag/AgCl. -0,5 0,0 0,5 1,0 -0,8 -0,6 -0,4 -0,2 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 K4Fe(CN) 4-6 (aq) i (mA) E (V, vs Ag/AgCl) 1 2 3 4 K3Fe(CN) 3-6 (aq) + e K 3Fe(CN) 3-6 (aq) + e K4Fe(CN) 4-6 (aq)

Gambar 2. Voltammogram K3Fe(CN)6

sebanyak 5 siklus; jendela potensial 0 s/d 1000 mV laju pindai 100 mV/s Vs Ag/AgCl

4.2 Elekropolimerisasi Py

Hasil pelapisan PPy pada permukaan elektroda kerja kasa baja seperti pada Gambar 3.

Gambar 3. Elektroda kasa baja 500 mesh terlapis PPy -0,6 -0,4 -0,2 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 0 1 2 3 4 5 6 i (mA) E(V, vs Ag/AgCl) KCl 0,1 M kb>500mesh 1,067; 5,9

Gambar 4. Voltammogram KCl sebagai blanko; jendela potensial 0 s/d 1400 mV; laju pindai 100 mV/s Vs Ag/AgCl pada

(4)

4

elektroda kerja kasa baja 500 mesh 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6 -2 -1 0 1 2 3 4 5 6 7 i (mA) E (V, vs Ag/AgCl) PPy kb 500 mesh 1.302; 6.40

Gambar 5. Voltammogram PPy 1 siklus; jendela potensial 0 s/d 1600 mV laju pindai 100 mV/s vs Ag/AgCl, pada elektroda kerja kasa baja 500 mesh

Menurut Wang, (2000) PPy yang bermuatan positif dapat bergabung secara reversibel dengan spesi anionik pada suatu larutan melalui proses oksidasi dan reduksi. Pada Gambar 5 dan Gambar 6, memperlihatkan oksidasi PPy setelah 600 mV. Hal ini telah dipelajari Cheung et al. (1990). Besarnya Ip dan Ep dari voltammogram siklik PPy dicapai masing-masing 1302 mV dan 6,40 mA terhadap elektroda pembanding Ag/AgCl.

Penggunaan kasa baja dengan kerapatan pori 500 mesh, yang bertindak sebagai elektroda dapat mempengaruhi

difusi PPy+_{dan pertumbuhan kristal}

polimer selama proses

elektropolimerisasi Py berlangsung.

Banyaknya muatan per detik yang terdifusi pada permukaan elektroda kerja kasa baja sebanding dengan konsentrasi monomer. Adanya beberapa unsur yang terdapat dalam kasa baja seperti Fe, Cr, Mn dan Zn dalam kasa baja mengakibatkan pergeseran nilai arus puncak (Ip) dan potensial (Ep) bila dibandingkan dengan elektroda Pt yang

inert telah dipelajari pada penelitian sebelumnya (Murniati et al., 2010).

0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 5 i (mA) E (V, vs Ag/AgCl) PPy 10 siklus elektroda kb500

Gambar 6. Voltammogram PPy 10 siklus; jendela potensial 0 s/d 1000 mV laju pindai 100 mV/s pada elektroda kerja kasa baja 500 mesh

Elektropolimerisasi pirol pada siklus yang lebih banyak, terjadi oksidasi berlebih yang mengakibatkan pergeseran

potensial dan penurunan arus.

Voltamogram PPy sebanyak 10 siklus dianggap sudah seluruh permukaan elektroda kerja kasa baja 500 mesh tertutupi oleh film PPy (Gambar 6). Pada siklus pertama terlihat penyimpangan

pelapisan polimer yang pertama.

Berdasarkan mekanisme Reynold, pada permukaan elektroda diawali dengan pembentukan radikal kation, yang diikuti pertumbuhan polimer secara padat. Antaraksi yang kuat antara pelarut air, radikal kation serta adanya anion dari elektrolit pendukung merupakan langkah awal terjadinya polimerisasi, sehingga diperlukan energi aktivasi yang tinggi pada proses tersebut (Sadki et al., 2000).

5. Kesimpulan

Hasil penelitian, diperoleh tiga voltammogram siklik yang khas, yaitu

voltammogram siklik K3Fe(CN)6;

voltammogram siklik KCl sebagai blanko

dan voltammogram siklik PPy.

Elektropolimerisasi Py pada elektroda kerja kasa baja 500 mesh, dicapai pada laju selusur 100 mV/s sebanyak sepuluh siklus dengan jendela potensial 0 s/d

(5)

5

1200 mV terhadap Ag/AgCl sebagai elektroda pembanding; pada konsentrasi monomer 0,5 M dan KCl 0,1 M sebagai elektrolit pendukung.

6. Ucapan terimakasih

1. Terimakasih kepada Ketua Kelompok Keahlian Kimia (KK) Analitik ITB atas

dukungan fasilitas laboratorium

Penelitian Kimia Analitik.

2.

Terimakasih kepada DP2M Dikti atas

dukungan dana Hibah Penelitian Unggulan STRAGNAS DIKTI 2010-2011.

DAFTAR PUSTAKA

Cosnier.,S dan Popescu,I.C (1996):

Poly(amphiphilic pyrrole)-tyrosinase-peroxidase electrode for amplified flow injection-amperometric detection of phenol, Analytica Chimica Acta, 319, 145 ̶ 151.

Cheung, K.M., Bloor,D. dan Steven.G.C (1990): The influence of unusual counterions on

the electrochemistry and physical

properties of polypyrrole, Journal of

Material Science, 25, 3814 ̶ 3847.

Murniati, A., and Buchari (2007): Pollypyrrole-Glutamic Acid coated wire

electrode, Proceeding in ICCS

(International Conference on Chemical

Science), 1 st_{, UGM,}

Yogyakarta-Indonesia, ANL/27-4.

Murniati, A., dan Purnomo, A. (2009):

Optimasi Pembuatan Elektroda

termodifikasi Polipirol-asam glutamat Secara Voltammetri Siklik, Majalah

Ilmiah MIPA-UNJANI Aristoteles, 7, 1,

ISSN : 1693-5543.

Murniati, A., dan Buchari (2009): Pembuatan

dan Karakterisasi Elektroda kerja platina termodifikasi film polipirol asam glutamat (PPy-Asg), Proceeding Seminar

Nasional MIPAnet -2009, ISBN :

978-979-96068-4-6 : 423 – 435.

Murniati, A; Buchari; Gandasasmita,S and

Nurachman, Z (2010): Preparation of Polypyrrole-Poliphenol oxidase (PPy-PPO) film on steel gauze and platinum electrode as supporting material;

Proceeding 2nd_REMSEA,

Chulalongkorn-Bangkok Thailand.

Sadki, S., Schottland, P., Brodie, N dan Sabouraud, G (2000): The mechanisms of pyrrole electropolymerization., The

Royal Society of Chemistry, 29, 283 ̶ 293.

So¨nmez, G and Sarac¸ A.S (2002): In situ

spectroelectrochemistry and

colorimetry of

poly(pyrrole-acrylamide)s, Journal of Materials

Science, 37, 4609 – 4614.

Walaiporn, Q., Pigram,P., Jones, Robert and Sirivat, A (2009): A sensitive and highly stable polypyrrole-based pH sensor with hyroquinone monosulfonate and oxalate co-doping, Sensors and Actuators B :

Chemical, 138, 504-511

Wang, J. (2000): Analytical Electrochemistry, second edition, John Willey and sons, New York.