1
BAB 1
PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang
Seiring dengan kemajuan teknologi, penggunaan energi saat ini meningkat secara global dari tahun ke tahun. Energi dibutuhkan hampir di segala aspek kehidupan sehari- hari sehingga permintaan konsumen terhadap energi juga meningkat. Sebagian besar energi yang digunakan adalah energi fosil yang berasal dari sumber daya alam seperti minyak bumi, gas bumi dan batu bara. Ketersediaan dari sumber daya alam ini perlahan menurun, sementara pembentukannya membutuhkan waktu ribuan tahun. Peningkatan konsumsi energi tersebut menimbulkan masalah krisis energi secara global. Pada dasarnya sumber energi lain yang ketersediaannya berkelanjutan sangatlah banyak, seperti energi surya, energi angin, energi air dan energi biosmassa (Ketahanan energi indonesia tantangan dan harapan, 2014). Energi tersebut sudah banyak digunakan namun masih dalam tahap pengembangan agar penggunaannya lebih efisien dan mudah. Salah satu energi yang terus dikembangkan adalah energi surya yang diubah menjadi energi listrik dengan teknologi sel surya atau solar cell. Sel surya merupakan teknologi energi terbarukan yang menjanjikan, salah satu generasi sel surya adalah teknologi sel surya berbasis pewarna atau dye sensitized solar sell (DSSC) (Zulkifili et al., 2015).
DSSC merupakan sel surya berbasis fotoelektrokimia. Teknologi ini memanfaatkan konversi energi dari matahari menjadi energi listrik. DSSC terdiri dari beberapa komponen, antara lain elektroda negatif (anoda) yang tersusun atas kaca konduktif, semikonduktor nanokristal, dan pewarna. Material semikonduktor yang sering digunakan adalah titanium dioksida (TiO2) (Fernando, Ridwan and dkk, 2013).
TiO2 merupakan semikonduktor yang memiliki celah pita energi lebar (3,2-3,8 eV) (Ishii, Okamoto and Suzuki, 2015) dan umumnya besifat inert dan memiliki karakteristik optik yang baik (Al Qibtiya, Muliani and Hidayat, 2016). Beberapa metode modifikasi dalam pengembangan material fotoanoda DSSC antara lain memasangkan semikonduktor TiO2 dengan material semikonduktor lain untuk
2 memfasilitasi pemisahan muatan dan penambahan dopan untuk meningkatkan serapan cahaya tampak (Guo et al., 2011). Pada penelitian ini, dilakukan modifikasi menggunakan material semikonduktor lain yang berbasis titanat, salah satunya magnesium titanat (MgTiO3).
MgTiO3 merupakan salah satu bahan yang banyak digunakan dalam pengembangan aplikasi teknologi. Senyawa MgTiO3 tergolong material semikonduktor dengan karakteristik rentang lebar celah pita yang sesuai untuk aplikasi fotoelektrokimia, sehingga memiliki potensi untuk diaplikasikan pada anoda DSSC (Wang et al., 2016). MgTiO3 diharapkan dapat digunakan sebagai pengganti TiO2
karena atom Mg dalam stuktur kristalnya memiliki kemampuan untuk menginjeksikan elektron ke dalam pita konduksi semikonduktor dan memiliki atom yang dapat berikatan dengan permukaan TiO2 yang dapat meningkatkan laju reaksi transfer elektron (Ludin et al., 2014). Menurut Ermawati dk (2015), MgTiO3 juga dapat didoping dengan logam Zn sehingga membentuk senyawa titanat Mg1-xZnxTiO3
dengan harapan dapat menurunkan temperatur kalsinasi pembentukan struktur kristalin (Ermawati, Suasmoro and Pratapa, 2015). Dengan penambahan dopan Zn, kemungkinan besar juga akan menyebabkan perubahan susunan kristalnya, baik dalam struktur dan simetrinya. Perubahan struktur dan simetri tersebut dapat menentukan sifat-sifat dari materialnya, sehingga sangat penting untuk dilakukan kajian tentang struktur kristal dari material ini.
Sintesis Mg1-xZnxTiO3 dapat dilakukan dengan beberapa metode, diantaranya optimizing mixing, sol gel, dissolved method, kopresipitasi dan solid state reaction (Lisma Dian Kartika and Pratapa, 2012). Senyawa Mg1-xZnxTiO3 dengan kemurnian tinggi sulit untuk disintesis dengan reaksi padat. Metode pencampuran logam terlarut dalam asam telah berhasil mendapatkan beberapa material oksida kristalin dengan kemurnian tinggi berorde nanometrik pada temperatur kalsinasi yang relatif rendah (Pratapa et al., 2014). Metode pencampuran logam terlarut digunakan untuk meningkatkan homogenitas pencampuran dan reaksi prekursor sehingga menghasilkan nanokristal Mg1-xZnxTiO3 dengan temperatur kalsinasi yang rendah dan berukuran nanometrik.
3 Berdasarkan tinjauan literatur, telah banyak dilakukan penelitian tentang sintesis material menggunakan metode logam terlarut dengan berbagai variasi temperatur kalsinasi. Kalsinasi dilakukan untuk menghilangkan kandungan air kristal pada suatu bijih dengan temperatur di bawah temperatur leleh. Setiap perubahan temperatur, terjadi perubahan struktur pada material tersebut karena temperatur kalsinasi berpengaruh terhadap perubahan struktur serta ukuran butir kristal. Sehingga dalam penelitian ini dilakukan sintesis dengan variasi temperatur kalsinasi untuk mengetahui pengaruhnya terhadap struktur Mg1-xZnxTiO3.
Karakterisasi X-ray Absorption Spectroscopy (XAS) telah banyak digunakan untuk mempelajari struktur lokal atomik suatu material. Saat ini belum ada studi tentang sistem Mg1-xZnxTiO3 dari sudut pandang lingkungan Ti dalam keadaaan in situ.
Dalam penelitian ini, perubahan lingkungan struktur lokal atomik secara in situ akibat pengaruh kenaikan temperatur dari sistem Mg1-xZnxTiO3 diperiksa menggunakan Ti K- edge dengan fasilitas Time-Resolved X-ray Absorption Spectroscopy (TR-XAS) di Synchrotron Light Research Institute (SLRI), Thailand. Studi struktur menggunakan TR-XAS dimaksudkan untuk mempelajari perubahan lingkungan Ti dalam sistem Mg1- xZnxTiO3 sebagai efek dari doping atom Zn dan perubahan temperatur.
Berdasarkan uraian di atas, maka dilakukan penelitian sintesis dan studi struktur dari Mg1-xZnxTiO3 yang betujuan untuk mengetahui pengaruh temperatur kalsinasi terhadap struktur kristal, pembentukan fasa, dan struktur lokal atomik sistem Mg1- xZnxTiO3. Proses sintesis dilakukan dengan metode pencampuran logam terlarut, didoping dengan variasi komposisi dopan Zn dan temperatur kalsinasi yang berbeda.
Hasil sintesis dikarakterisasi menggunakan X-Ray Difraction (XRD), Fourier Transform Infrared (FTIR), Scanning Electron Microscope ‒ Energy Dispersive X-Ray (SEM-EDX) dan Time-Resolved X-Ray Absorption Spectroscopy (TR-XAS).
1.2 Rumusan Masalah
Rumusan masalah dalam penelitian ini adalah sebagai berikut:
1. Bagaimana pengaruh variasi dopan Zn terhadap struktur kristal, pembentukan fasa, dan struktur lokal atomik sistem Mg1-xZnxTiO3?
4 2. Bagaimana pengaruh temperatur kalsinasi terhadap struktur kristal,
pembentukan fasa, dan struktur lokal atomik sistem Mg1-xZnxTiO3?
1.3 Tujuan Penelitian
Berdasarkan rumusan masalah di atas maka tujuan dari penelitian ini adalah sebagai berikut:
1. Mengetahui pengaruh variasi dopan Zn terhadap struktur kristal, pembentukan fasa, dan struktur lokal atomik sistem Mg1-xZnxTiO3.
2. Mengetahui pengaruh temperatur kalsinasi terhadap struktur kristal, pembentukan fasa, dan struktur lokal atomik sistem Mg1-xZnxTiO3.
1.4 Batasan Masalah
Batasan masalah dala penelitian ini adalah sebagai berikut:
1. Metode yang digunakan adalah logam terlarut dengan menggunakan larutan asam klorida (HCl).
2. Menggunakan dopan Zn dengan variasi 0, 0,25 dan 0,5
3. Temperatur kalsinasi yang digunakan adalah 600, 700, dan 800 ℃
4. Karakterisasi menggunakan X-Ray Difraction (XRD), Fourier Transform Infrared (FTIR), Scanning Electron Microscope-Energy Dispersive X-Ray (SEM-EDX) dan Time-Resolved X-Ray Absorption Spectroscopy (TR-XAS).
5. Pengukuran Time-Resolved X-Ray Absorption Spectroscopy (TR-XAS) yang diambil adalah spektrum XANES.
1.5 Manfaat Penelitian
Adapun manfaat dari penelitian ini adalah sebagai berikut:
1. Memberikan informasi mengenai sintesis serbuk Mg1-xZnxTiO3 dengan metode logam terlarut.
2. Memberikan informasi tentang aplikasi Mg1-xZnxTiO3 sebagai material semikonduktor pada anoda dye sensitized solar cell (DSSC).
3. Memberikan informasi tentang strukur kristal dan struktur atom lokal Mg1- xZnxTiO3.
5
1.6 Kerangka Berpikir
Berikut merupakan kerangka berpikir dalam penelitian tugas akhir ini.
Gambar 1.1 Kerangka Berpikir
