BIOSINTESIS DAN KARAKTERISASI (Optik dan XRD) SENG OKSIDA DIDOPING SULFUR MENGGUNAKAN EKSTRAK DAUN MATOA
REPOSITORY
SYAHRUL M.
NIM. 1903112165
PROGRAM STUDI S-1 FISIKA JURUSAN FISIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS RIAU
PEKANBARU 2023
1 BIOSINTESIS DAN KARAKTERISASI (Optik dan XRD) SENG OKSIDA
DIDOPING SULFUR MENGGUNAKAN EKSTRAK DAUN MATOA Ari Sulistyo Rini1*, Syahrul M.1
1Departemen Fisika, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Universitas Riau, Pekanbaru, Riau, 28293, Indonesia
Abstract
ZnO nanoparticles have been prepared through a biosynthetic method using microwave method with the addition of sulfur doping with percentage variations of 1 and 2%. Sulfur doping ZnO particles in the form of flakes from synthesis were characterized using UV-Vis spectroscopy and x-ray diffraction (XRD). The UV-Vis absorption spectrum shows absorption peaks in the UV region of 300-400 nm with bandgap energy ranging from 3.04-3.08 eV. XRD analysis exhibit the crystal size is in the range of 33 nm. The emerging plane peaks in the 30-80° angle range confirm wurtzite-shaped crystals with high purity of ZnO particles.
Abstrak
Nanopartikel ZnO telah dipreparasi melalui metode biosintesis menggunakan gelombang mikro dengan penambahan doping sulfur dengan variasi persentase 1 dan 2%. Partikel ZnO doping sulfur berbentuk serpihan hasil sintesis dikarakterisasi menggunakan spektroskopi UV- Vis dan difraksi sinar-x (XRD). Spektrum serapan UV-Vis memperlihatkan puncak serapan pada daerah UV 300-400 nm dengan energi celah pita berkisar antara 3,04-3,08 eV. Analisa XRD memperlihatkan ukuran kristal berada pada rentang 33 nm. Puncak bidang yang muncul pada rentang sudut 30-80° mengkonfirmasi kristal berbentuk heksagonal wurtzite dengan kemurnian partikel ZnO yang tinggi.
1. Pendahuluan
ZnO dikenal sebagai bahan yang menarik karena aplikasinya di berbagai sektor industri. ZnO adalah semikonduktor grup II-VI dengan energi celah pita lebar 3,37 eV dan energi pengikat exciton besar 60 meV pada suhu tertentu (Zelekew et al., 2022). ZnO diyakini memiliki intensitas elektron yang tinggi dan kinerja yang sangat baik karena penyerapan sinar UV yang relatif kuat (Verma et al., 2022).
Selain itu, ZnO dapat disintesis dengan biaya rendah dan tidak mengkonsumsi energi tinggi dibandingkan dengan oksida logam lainnya (Mtavangu et al., 2022).
Beberapa elemen yang sering digunakan sebagai dopan antara lain Fe, Co, dan S.
Belerang dilaporkan memiliki sifat foto-absorptif yang sangat baik dibandingkan dengan senyawa lain.
Belerang sering didoping dengan berbagai bahan seperti TiO2, ZnO, dan CdS (Ivanuša et al., 2022).
Pemanfaatan ekstrak tumbuhan sebagai zat penstabil, selain mudah didapat, juga lebih ramah lingkungan (Ali et al., 2022).
Tumbuhan memiliki metabolit sekunder seperti flavonoid, vitamin, polifenol dan protein yang berperan dalam menstabilkan dan mengendalikan pembentukan nanopartikel (Kumar et al., 2022).
Beberapa penelitian juga melaporkan dengan mensintesis hijau ZnO:Ag menggunakan ekstrak Clitoria ternatea (Chan & Pang, 2019), dan ZnO:Mn
2 menggunakan ekstrak Melastoma
malabathricum (M. M. Khan et al., 2020).
Pada penelitian ini, nanopartikel ZnO doping S disintesis biologi menggunakan ekstrak daun matoa. Bagian daun dipilih sebagai biostabilisator karena dapat menghasilkan nanopartikel yang lebih kecil dan seragam tetapi relatif stabil dibandingkan dengan batang atau bagian lain (Alahdal et al., 2022). Sifat optik dan struktur kristal ZnO dan ZnO:S dipelajari menggunakan karakterisasi spektroskopi UV-Vis dan XRD.
2. Metode Penelitian
2.1 Persiapan Ekstrak Daun Matoa
Daun matoa segar dibersihkan, dikeringkan, dihaluskan dan diayak dengan saringan. Sebanyak serbuk daun matoa dicampurkan dalam beaker berisi air.
Selanjutnya, beaker dipanaskan pada suhu 100oC sambil dilakukan pengadukan menggunakan hotplate. Setelah itu, ekstrak disaring menggunakan kertas saring.
2.2 Biosintesis ZnO dan Doping S
Pertama, reaksikan Zn(NO3)2, 6H2O dan ekstrak. Setelah itu, ditambahkan sumber S. pH larutan diatur hingga mencapai pH dengan meneteskan NaOH.
Sampel sintesis menggunakan microwave oven selama 5 menit. Suspensi ZnO akan terbentuk setelah iradiasi gelombang mikro. Dalam penelitian ini, doping S divariasikan persentasenya sebesar 1 dan 2%.
2.3 Karakterisasi
Sifat fisik ZnO yang didoping S dipelajari berdasarkan beberapa karakterisasi. Serapan optik dianalisis menggunakan model spektroskopi UV-Vis dengan panjang gelombang 300-700 nm.
Sifat struktural dipelajari dari tipe difraksi sinar-X dengan radiasi λCukα = 1,542 Å pada sudut difraksi 2θ = 10-80o. Hasil dari karakterisasi ini nantinya dapat menjelaskan bagaimana sifat dari sampel yang telah dibuat.
3. Hasil dan Diskusi
3.1 Analisa Spektroskopi Uv-Vis
Spektroskopi UV-Vis mengkonfirmasi adanya nanopartikel ZnO dengan doping S yang terbentuk seperti yang dapat dilihat pada Gambar 1. Tingkat penyerapan masing-masing puncak di 369 nm dan 364 nm. Hasil ini sesuai dengan karakteristik ZnO yang memiliki penyerapan cahaya optimum pada rentang 300-400 nm (Sulistyo et al., 2022). Puncak semakin bergeser ke arah kanan dan melebar ke arah panjang gelombang karena efek pemberian doping yang semakin besar. Sampel doping terbesar ZnO-S 2 terlihat mampu menyerap cahaya lebih banyak dibandingkan sampel lainnya.
Gambar 1. Spektrum penyerapan sampel ZnO dan ZnO:S
3.2 Analisa XRD
Pola difraksi sampel ZnO-S dengan variasi doping dapat dilihat pada Gambar 2.
Puncak difraksi yang terbentuk antara rentang 30-80o dengan 2θ = 31,84o, 34,50o, 36,30o, 47,58o, 56,62o, 62,90o, 66,46o, 68,02o, 69,12o, 72,50o, 76,92o membentuk sebelas bidang puncak antara lain (100), (002), (101), (012), (110), (013), (200), (112), (201), (004), (202) membentuk kristal heksagonal wurzite (G. R. Khan &
Khan, 2015). Puncak spektrum dianalisis dengan software Match3! untuk memberikan informasi mengenai fasa kristal yang terbentuk pada sampel.
3 Penambahan doping sulfur pada ZnO
tidak mempengaruhi jumlah puncak difraksi serta fasa kristal ZnO murni yang terbentuk.
Gambar 2. Spektrum difraksi sampel ZnO variasi persentase doping S
Konstanta kisi ZnO-S diperoleh a = b = 3,23 Å dan c = 5,18 Å dengan ukuran kristal 33 nm. Puncak difraksi tertinggi terdapat pada sudut 36,31 dengan bidang (101) pada rentang 35-37,5o. Jari-jari atom ionik S yang lebih besar dibandingkan atom O menyebabkan terjadinya pergeseran puncak difraksi dimana sulfur menggantikan posisi oksigen dalam kisi kristal (Liu et al., 2014).
4. Kesimpulan
Nanopartikel ZnO didoping S yang disintesis dengan ekstrak berhasil dilakukan. Pengaruh pemberian jumlah doping S berdampak pada sifat optik dan struktural. Peningkatan jumlah dopingan tidak terlalu berdampak secara signifikan.
REFERENSI
Alahdal, F. A. M., Qashqoosh, M. T. A., Manea, Y. K., Salem, M. A. S., Khan, A. M. T., & Naqvi, S. (2022). Eco- friendly synthesis of zinc oxide nanoparticles as nanosensor, nanocatalyst and antioxidant agent using leaf extract of P. austroarabica.
OpenNano, 8(June), 100067.
https://doi.org/10.1016/j.onano.2022.
100067
Ali, M., Wang, X., Haroon, U., Chaudhary, H. J., Kamal, A., Ali, Q., Saleem, M.
H., Usman, K., Alatawi, A., Ali, S., &
Hussain Munis, M. F. (2022).
Antifungal activity of Zinc nitrate derived nano Zno fungicide synthesized from Trachyspermum ammi to control fruit rot disease of grapefruit. Ecotoxicology and Environmental Safety, 233, 113311.
https://doi.org/10.1016/j.ecoenv.2022 .113311
Chan, Y. Y., & Pang, Y. L. (2019). WATER ENVIRONMENTAL POLLUTION AND STATE OF THE ART TREATMENT Biosynthesized Fe- and Ag-doped ZnO nanoparticles using aqueous extract of Clitoria ternatea Linn for enhancement of sonocatalytic degradation of Congo red.
Ivanuša, M., Kumer, B., Petrovčič, E., Štular, D., Zorc, M., Jerman, I., Gorjanc, M., Tomšič, B., & Simončič, B. (2022). Eco-Friendly Approach to Produce Durable Multifunctional Cotton Fibres Using TiO2, ZnO and Ag NPs. Nanomaterials, 12(18).
https://doi.org/10.3390/nano1218314 0
Khan, G. R., & Khan, R. A. (2015).
Ergonomic synthesis suitable for industrial production of silver- festooned zinc oxide nanorods.
International Journal of Nanoscience, 14(5–6).
https://doi.org/10.1142/S0219581X15 500180
Khan, M. M., Harunsani, M. H., Tan, A. L., Hojamberdiev, M., Azamay, S., &
Ahmad, N. (2020). Antibacterial activities of zinc oxide and Mn-doped zinc oxide synthesized using Melastoma malabathricum (L.) leaf extract. Bioprocess and Biosystems Engineering, 43(8), 1499–1508.
https://doi.org/10.1007/s00449-020- 02343-3
Kumar, S., Huang, X., Ji, Q., Qayyum, A.,
4 Zhou, K., Ke, W., Zhu, H., & Zhu, G.
(2022). Influence of Blanching on the Gene Expression Profile of Phenylpropanoid, Flavonoid and Vitamin Biosynthesis, and Their Accumulation in Oenanthe javanica.
Antioxidants, 11(3).
https://doi.org/10.3390/antiox110304 70
Liu, X., Zhu, K., Tian, J., Tang, Q., & Shan, Z. (2014). Preparation of yolk-shell sulfur/carbon nanocomposite via an organic solvent route for lithium- sulfur batteries. Journal of Solid State Electrochemistry, 18(8), 2077–2085.
https://doi.org/10.1007/s10008-014- 2450-y
Mtavangu, S. G., Machunda, R. L., van der Bruggen, B., & Njau, K. N. (2022). In situ facile green synthesis of Ag–ZnO nanocomposites using Tetradenia riperia leaf extract and its antimicrobial efficacy on water disinfection. Scientific Reports, 12(1), 1–14. https://doi.org/10.1038/s41598- 022-19403-1
Sulistyo, A., Purnomo, A., & Rati, Y.
(2022). Microwave-assisted biosynthesis of flower-shaped ZnO for photocatalyst in 4-nitrophenol degradation. 7(2), 135–139.
Verma, N., Jagota, V., Alguno, A. C., Alimuddin, Rakhra, M., Kumar, P., &
Dugbakie, B. N. (2022).
Characterization of Fabricated Gold- Doped ZnO Nanospheres and Their Use as a Photocatalyst in the Degradation of DR-31 Dye. Journal of
Nanomaterials, 2022.
https://doi.org/10.1155/2022/7532332 Zelekew, O. A., Fufa, P. A., Sabir, F. K., Andoshe, D. M., Gultom, N. S., Abdellah, H., Kuo, D. H., Chen, X., &
Devulapalli, G. K. (2022). Chromium Ion Accumulations from Aqueous Solution by the Eichorinia crassipes Plant and Reusing in the Synthesis of Cr-Doped ZnO Photocatalyst. Journal
of Nanomaterials, 2022.
https://doi.org/10.1155/2022/4943844
