4 Hasil dan pembahasan

Transkripsi

1 4 Hasil dan pembahasan Bab ini memaparkan hasil dari sintesis dan karakterisasi konduktivitas listrik dan struktur kirstal dari senyawa perovskit Sr 2 Mg 1-X Fe x MoO 6-δ dengan x = 0,2; 0,5; 0,8; dan 1. Karakterisasi untuk menentukan struktur kristal dilakukan pengukuran XRD dan hasilnya direfine dengan menggunakan metode Le Bail melalui program Rietica. Selain pengukuran difraksi sinar-x, karakterisasi juga dilakukan dengan menggunakan SEM untuk melihat morfologi permukaan SMMO. Kemudian dilakukan karakterisasi pengukuran konduktivitas listrik dengan menggunakan metode 4 titik ( four point probes method) dan dengan metoda 2 titik (two point probe method). 4.1 Sintesis senyawa Sr 2 Mg 1-X Fe x MoO 6-δ Pada penelitian sebelumnya, senyawa Sr 2 Mg 1-X Mn x MoO 6-δ telah disintesis dengan menggunakan metoda sol gel (Huang, 2006) dan metoda reaksi fasa padat(fika, 2007). Pada percobaan ini, disintesis senyawa SMMO dengan dopan yang berbeda, yaitu Fe untuk menghasilkan (Sr 2 Mg 1-X Fe x MoO 6-δ ). Gambaran hasil dari tahapan-tahapan penting dalam langkah sintesis secara umum dapat dilihat pada Gambar 4.1, pada gambar ini terlihat pembentukan sol menjadi gel yang kemudian setelah pemanasan bertingkat menjadi serbuk. Gambar 4.1. Gambaran hasil dari tahapan penting dalam sintesis. (a) hasil pembentukan gel, (b) hasil dekomposisi, (c) hasil kalsinasi, (d) hasil sintering. Pada proses sintesis dilakukan pemanasan pada suhu 400 o C selama 12 jam dan 600 o C selama 24 jam pada proses dekomposisi, pada suhu 800 o C selama 24 jam pada proses kalsinasi dan proses sintering pada suhu 1350 o C selama 48 jam dalam bentuk pelet Dalam tahapan dapat terlihat perubahan warna material. Pada material dengan nilai x yang semakin besar, warna dari produknya semakin hitam. Setelah pemanasan hingga 1350 C, dilakukan 38

2 karakterisasi dengan menggunakan metode difraksi sinar-x. Pada Gambar 4.2 terlihat pola difraksi Sr 2 Mg 1-X Fe x MoO 6-δ untuk berbagai nilai x yang telah disintesis. Gambar 4.2. Pola difraksi sinar-x untuk masing-masing komposisi x, dimana Sr 2 MgMoO 6-δ, Sr 2 Mg 0,2 Fe 0,8 MoO 6-δ, Sr 2 Mg 0,5 Fe 0,5 MoO 6-δ, Sr 2 Mg 0,8 Fe 0,2 MoO 6-δ dan Sr 2 FeMoO 6-δ. Masing-masing komposisi x, memiliki pola difraksi sinar-x yang khas untuk perovskit, yaitu pada daerah 2 θ 20 o, 33 o, 40 o, 47 o,58 o, 68 o, dan 78 o 4.2 Struktur senyawa Sr 2 Mg 1-x Fe x MoO 6-δ Berdasarkan penelitian sebelumnya senyawa Sr 2 Mg 1-X Mn x MoO 6-δ memiliki struktur monoklin dengan grup ruang P2 1 /n pada setiap rentang nilai x yang telah disintesis. Senyawa yang disintesis dalam percobaan ini memiliki dopan yang berbeda, namun jari-jari ion Fe 3+ yang digunakan menyerupai jari-jari ion Mn 2+. Oleh karena itu pada proses awal refine dari difaktogram yang didapat digunakan rujukan struktur Sr 2 Mg 1-X Mn x MoO 6-δ. Refinement akan memberikan nilai R p (%) dan R wp (%) yang memberikan kesesuaian pola difraksi hasil kalkulasi dengan pola difraksi hasil pengukuran. Nilai yang diterima dari R p (%) dan R wp (%) pada proses refinement adalah 10% (Clegg, 1998). Selain itu, melalui hasil refinement dapat menentukan puncak-puncak pengotor dari senyawa yang telah disintesis. Plot Le Bail untuk senyawa Sr 2 Mg 0,8 Fe 0,2 MoO 6-δ diperlihatkan di Gambar

3 Gambar 4.3 Plot Le Bail untuk Sr 2 Mg 0,8 Fe 0,2 MoO 6-δ. Dari gambar terlihat masih terdapat pengotor pada hasil sintesis. Tanda berwarna hitam merupakan data hasil percobaan, garis merah adalah hasil kalkulasi, garis vertikal berwarna biru adalah posisi Bragg yang diharapkan, garis hijau adalah selisih antara hasil kalkulasi dan data hasil pengamatan difraksi sinar-x. Hasil difraksi sinar-x Sr 2 Mg 0,8 Fe 0,2 MoO 6-δ direfine dengan merujuk ke senyawa Sr 2 Mg 1- XMn x MoO 6-δ dengan struktur monoklin dan grup ruang P 21/n. Senyawa ini masih terdapat pengotor Fe 2 MoO4, SrO 2, dan Fe 3 O 4 (Gambar 4.5), dengan Rp = 3,66 dan Rwp = 5,01. dengan Z = 4. Gambar 4.4 Plot Le Bail untuk Sr 2 Mg 0,5 Fe 0,5 MoO 6-δ. Hasil perbandingan dengan metode Le Bail ini memperlihatkan bahwa pada senyawa perovskit Sr 2 Mg 0,5 Fe 0,5 MoO 6-δ masih terdapat pengotor Fe 3 O 4 dan Fe 2 O 3. Hasil difraksi sinar-x Sr 2 Mg 0,5 Fe 0,5 MoO 6-δ direfine dengan merujuk ke senyawa Sr 2 Mg 1- XMn x MoO 6-δ dengan struktur monoklin dan grup ruang P 21/n. Refinement dilakukan dengan metoda Le Bail menggunakan program Rietica menunjukkan pada senyawa ini masih 40

4 terdapat pengotor Fe 3 O 4 dan Fe 2 O 3 (Gambar 4.5), dengan Rp = 4,03 dan Rwp = 5,28. dengan Z = 4. Gambar 4.5 Plot Le Bail untuk Sr 2 Mg 0,2 Fe 0,8 MoO 6-δ. Hasil perbandingan dengan metode Le Bail ini memperlihatkan bahwa pada senyawa perovskit Sr 2 Mg 0,2 Fe 0,8 MoO 6-δ masih terdapat pengotor FeO. Hasil difraksi sinar-x Sr 2 Mg 0,2 Fe 0,8 MoO 6-δ di-refine dengan merujuk ke senyawa Sr 2 Mg 1- XMn x MoO 6-δ dengan struktur monoklin dan grup ruang P 21/n. Refinement dilakukan dengan metoda Le Bail menggunakan program Rietica menunjukkan pada senyawa ini masih terdapat pengotor FeO (Gambar 4.5), dengan Rp = 4,405 dan Rwp = 6,076. dengan Z= 4. Gambar 4.6 Plot Le Bail untuk Sr 2 FeMoO 6-δ. Hasil perbandingan dengan metode Le Bail ini memperlihatkan bahwa pada senyawa perovskit Sr 2 FeMoO 6-δ masih terdapat pengotor SrMoO 4. 41

5 Hasil difraksi sinar-x Sr 2 FeMoO 6-δ di-refine dengan merujuk ke senyawa Sr 2 Mg 1- XMn x MoO 6-δ dengan struktur monoklin dan grup ruang P 21/n. Refinetment dilakukan dengan metoda Le Bail menggunakan program Rietica menunjukkan pada senyawa ini masih terdapat pengotor SrMoO4, MgO 2, MgO dan Fe 2 O 3 (Gambar 4.5), dengan Rp = 6,84 dan Rwp = 10,9. dengan Z = 4. Pengotor yang dimungkinkan pada senyawa Sr 2 Mg 1-x Fe x MoO 6-δ ditelusuri berdasarkan nilai 2 θ. Tabel 4.1. Zat pengotor pada sintesis senyawa Sr 2 Mg 1-x Fe x MoO 6-δ Senyawa Hasil Sintesis Zat Pengotor Daerah 2 θ Sr 2 Mg 0.8 Fe 0.2 MoO 6-δ Fe 2 O 3, Fe 3 O 4 Fe 2 O 3, Fe 2 MoO 4 SrO 2 30 o 34 o 45 o Sr 2 Mg 0.5 Fe 0.5 MoO 6-δ Fe 3 O 4 Fe 2 O 3 30 o 34 o Sr 2 Mg 0.2 Fe 0.8 MoO 6-δ FeO 40 o Sr 2 FeMoO 6-δ SrMoO 4 MgO 2 Fe 2 O 3, MgO 27 o 37 o 55 o Dari Tabel 4.1 diketahui bahwa pengotor dari hasil sintesis senyawa Sr 2 Mg 1-X Fe x MoO 6-δ merupakan senyawa-senyawa oksida dari reagen awal yang digunakan. Data parameter sel didapat dari pengolahan difraksi sinar x senyawa Sr 2 Mg 1-X Fe x MoO 6-δ dengan menggunakan program rietika. Tabel 4.2 memberikan nilai-nilai parameter sel yang didapat. Tabel 4.2. Parameter sel senyawa Sr 2 Mg 1-x Fe x MoO 6-δ SMMO x=0 SMMO x=0.2 SMMO x=0.5 SMMO x=0.8 SMMO x=1 a (Å) (1) 5,579 (1) 5,55 (1) 5,590 (1) 5,621 (4) b(å) (1) 7,878 (2) 7,892 (2) 7,97 (2) 8,022 (5) c(å) (1) 5,637 (1) 5,673 (1) 5,684 (3) (4) V (Å) 3 246,46 (2) 247,7513 (10) 252,73 (9) 253,12(16) 256,914(28) R p ,66 4, ,84 R wp 4,74 5,01 5, ,9 42

6 Dari Tabel 4.2 didapat nilai panjang kisi sel satuan(a,b,c) yang semakin membesar pada penambahan besar nilai x. pada Gambar 4.7 terlihat volume sel yang dihasilkan akan semakin besar sesuai dengan perpanjangan nilai panjang kisi sel satuan volume sel (À 3 ) komposisi x dalam Sr 2 Mg 1-X Fe x MoO 6-δ Gambar 4.7 Perbandingan nilai volume sel. Dari gambar terlihat bahwa semakin besar nilai x, semakin besar volume sel. Bila diperhatikan, nilai volume sel yang bertambah besar ini berarti ion Fe yang disisipkan memiliki jari-jari yang lebih besar daripada ion logam Mg. Fe yang diharapkan untuk disisipkan adalah Fe 3+. Pada keadaan ini Fe memiliki dua nilai jari-jari ion, yaitu pada keadaan spin tinggi dan spin rendah. Pada kedua keadaan ini Fe 3+ memiliki jari-jari ion yang lebih kecil dari Mg 2+, Tabel 4.3. Membesarnya volume sel diduga karena terdapat perubahan valensi, sehingga terdapat multivalensi yaitu Fe 3+ dan Fe 2+. Fe 2+ memiliki jari-jari ion yang lebih besar dari Mg 2+. Tabel 4.3. Nilai jari-jari ion Fe dan Mg. Nilai jari-jari ion Fe 2+ pada spin tinggi bernilai lebih besar dari Mg 2+. muatan jari-jari ion Fe 3+ 64,5(st) 55(sr) 2+ 78(st) 61(sr) Mg St : spin tinggi; Sr : spin rendah 4.3 Hasil Karakterisasi dengan menggunakan SEM Pada Gambar 4.9 dapat dilihat morfologi permukaan senyawa perovskit ganda Sr 2 Mg 1- xfe x MoO 6-δ hasil sintesis dengan menggunakan SEM. 43

7 (a) (b) (c) (d) Gambar 4.8 Morfologi permukaan senyawa Sr 2 Mg 1-x Fe x MoO 6-δ (a) Sr 2 Mg 0,8 Fe 0,2 MoO 6-δ (b) Sr 2 Mg 0,5 Fe 0,5 MoO 6-δ (c) Sr 2 Mg 0,2 Fe 0,8 MoO 6-δ, dan (d) Sr 2 FeMoO 6-δ. Perbesaran dilakukan pada 5000 kali. Pada Gambar 4.9 dapat dilihat pori pada senyawa Sr 2 Mg 1-x Fe x MoO 6-δ hasil sintesis semakin mengecil dengan meningkatnya nilai x. Material anoda haruslah memiliki pori yang cukup besar untuk dapat mengalikan gas hidrogen. Bila ditinjau dari Gambar 4.9, maka senyawa hasil sintesis yang sesuai sebagai material anoda yang baik adalah Sr 2 Mg 0,8 Fe 0,2 MoO 6-δ dan Sr 2 Mg 0,5 Fe 0,5 MoO 6-δ. Hal ini dikarenakan ukuran pori yang besar (sekitar 3-5 μm). 4.4 Hasil karakterisasi penentuan konduktivitas dengan pengukuran secara DC Berdasarkan hasil karakterisasi, didapat nilai konduktivitas elektrik yang semakin besar dengan bertambahnya nilai x pada senyawa Sr 2 Mg 1-X Fe x MoO 6-δ. 44

8 Gambar 4.9 Perbandingan nilai konduktivitas elektrik pada senyawa Sr 2 Mg 1-X Fe x MoO 6-δ dimana Sr 2 Mg 0.2 Fe 0.8 MoO 6-δ, Sr 2 Mg 0,5 Fe 0,5 MoO 6-δ, Sr 2 Mg 0,8 Mn 0,2 MoO 6-δ, dan Sr2FeMoO 6-δ. Terlihat nilai konduktivitas senyawa Sr 2 Mg 0,2 Fe 0,8 MoO 6-δ memiliki nilai konduktivitas lebih tinggi pada temperatur yang sama. Pada prinsipnya konduktivitas senyawa Sr 2 Mg 1-X Fe x MoO 6-δ yang meningkat dengan pertambahan nilai x terjadi akibat penggantian logam Mg yang pita konduksinya kosong dengan Fe yang menyumbang elektron ke pita konduksi. Pada Sr 2 FeMoO 6-δ nilai konduktivitas yang didapat sangat rendah. Hal ini diakibatkan bentuk partikel dari senyawa Sr 2 FeMoO 6-δ berbentuk granul dengan jarak antar partikel yang bersar(gambar 4.8) Dari data konduktivitas, dan penurunan persamaan Arrhenius didapat nilai energi aktivasi dalam penghantaran ion. Besarnya energi aktivasi (Ea) diperoleh dari kemiringan plot Arrhenius ln σ terhadap 1/T: σ = σ 0 exp Ea, (Pers 4.1) KT σ = konduktivitas, Ea= energi aktivasi, K = tetapan Bolzman, dan T = suhu. Pada Tabel 4.4 dapat dilihat nilai konduktivitas senyawa perovskit ganda Sr 2 Mg 1-x Fe x MoO 6-δ pada temperatur 375 C dan nilai energi aktivasinya. Dapat dilihat nilai energi aktivasi paling rendah dengan nilai hantaran paling tinggi ada pada senyawa Sr 2 Mg 0,2 Fe 0,8 MoO 6-δ, Tabel

9 Tabel 4.4. Nilai konduktivitas pada 375 C dan energi aktivasi Sr 2 Mg 1-x Fe x MoO 6-δ. σ (Scm -1 ) Ea (ev) Sr 2 Mg 0,8 Fe 0,2 MoO 6-δ 0,0009 0,4243 Sr 2 Mg 0,5 Fe 0,5 MoO 6-δ 0,0203 0,2379 Sr 2 Mg 0,2 Fe 0,8 MoO 6-δ 1, ,