Pengaruh Suhu Polimerisasi Terhadap Sifat Transpor dan Struktur Polianilina Berbentuk Garam Emeraldine

Transkripsi

1 Research and Development on Nanotechnology in Indonesia, Vol.1, No.2, 2014, pp ISSN : Pengaruh Suhu Polimerisasi Terhadap Sifat Transpor dan Struktur Polianilina Berbentuk Garam Emeraldine Ferdinand Hidayat 1, Yenni Lau 1, Albaaqi Khadafi 1, Achmad Rochliadi 1, Veinardi Suendo 1,2 1 Kelompok Keahlian Kimia Fisik Anorganik, Jurusan Kimia, Fakultas Matermatika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Institut Teknologi Bandung, Jalan Ganesha 10, Bandung 40132, Indonesia 2 National Centre for Nanotechnology, Jalan Ganesha 10, Bandung 40132, Indonesia ferdinand.hiu@gmail.com; vsuendo@chem.itb.ac.id/veinardi.suendo@polytechnique.edu Received : 10 January 2014 Accepted : 14 February 2014 ABSTRAK Polianilina (PANI) merupakan polimer konduktif yang telah banyak dipelajari karena memiliki konduktivitas relatif tinggi, kestabilan termal dan lingkungan yang baik, mudah disintesis, bahan baku yang murah, mekanisme doping yang unik, serta aplikatif. PANI disintesis dengan metode oksidasi kimia anilin oleh ammonium peroksidisulfat (APS) sebagai oksidator. Pengaruh variasi temperatur polimerisasi (dari -15 hingga 25 C) terhadap kristalinitas, konduktivitas elektrik, struktur molekul dan morfologi PANI telah diteliti. Hasil penelitian menunjukkan adanya korelasi yang jelas antara temperatur reaksi terhadap kristalinitas dan konduktivitas polianilina yang semakin menurun seiring peningkatan temperatur. Struktur kristal PANI yang dianalisis menggunakan referensi sistem kristal monoklinikmemperlihatkan struktur kristal yang kristalin. Konduktivitas maksimum diperoleh pada sintesis PANI temperatur paling rendah (-15 o C).Hasil karakterisasi morfologi PANI dengan Scanning Electron Microscopy (SEM) mengkonfirmasi bahwa PANI pada temperatur rendah memiliki struktur agregat nanogranular dan nanoserat. Kata Kunci : Polianilina, PANI, XRD, Konduktivitas, SEM 48 CAS Center for Advanced Sciences

2 PENDAHULUAN Polianilina (PANI) merupakan keluarga polimer konduktif yang memiliki sifat konduktivitas relatif tinggi, kestabilan termal dan lingkungan yang baik, mudah disintesis, bahan baku yang murah, mekanisme doping yang unik, serta aplikatif. Kestabilan dari PANI ditunjukkan dengan ketahanannya terhadap berbagai oksidator seperti oksigen dan peroksida serta kelembaban 1. PANIdilaporkan memiliki potensi untuk dikembangkan sebagai kandidat material aktif untuk sel surya 2. Akan tetapi sintesis PANI dengan konduktivitas yang tinggi menjadi masalah serius karena PANI dapat menyerap lebih banyak panjang gelombnag sinar tampak dan memiliki kondisi reaksi yang variatif.oleh karena itu perlu dilakukan modifikasi struktur pada PANI. Struktur PANI termodifikasi dapat digunakan untuk meningkatkan transpor elektron pada PANI. Modifikasi struktur dapat dilakukan dengan mendispersikan rantai PANI hingga membentuk nanopartikel PANI 3,4. Partikel berukuran kecildan terdistribusi dengan derajat interkoneksi yang melibatkan perkolasi akan meningkatkan konduktivitas polimer. Penurunan temperatur reaksi atau polimerisasi pada sistem homogen cenderung menghasilkan polimer dengan strkutur teratur yang dapat meningkatkan konduktivitas elektronik. Sampai sekarang belum dilakukanstudimengenai pengaruh temperatur sintesis PANI secara seksama. Pada penelitian ini, berfokus pada pengaruh temperatur polimerisasi rendah (dari -15 hingga 25 C) terhadap kristalinitas, konduktivitas elektrik, struktur molekul dan morfologi PANI. Dengan memvariasikan temperatur polimerisasi, trend kristalinitas dan konduktivitas dapat dievaluasi. Reaksi oksidasi anilin merupakan reaksi eksoterm. Dengan variasi temperatur dibawah 273 K diharapkan PANI yang terbentuk semakin teratur. Dengan demikian, kita dapat melihat kecenderungan pembentukan PANI yang menghasilkan sifat-sifat yang diinginkan. Karakterisasi dilakukan menggunakan X-Ray Diffraction (XRD), Electrochemical Impedance Spectroscopy (EIS), dan Scanning Electron Microscopy (SEM). METODOLOGI PENELITIAN Anilin dilarutkan kedalam larutan HCl 1 M. Pada saat yang bersamaan, amonium peroksidisulfat (APS) dilarutkan kedalam aqua dm dan dibiarkan selama 1 jam (pada temperatur yang diinginkan). Perbandingan mol anilin dan APS adalah 4:5. Larutan APS ditambahkan tetes demi tetes ke dalam larutan anilin-hcl dan diaduk konstan. Polimerisasi dilakukan selama 24 jam. PANI yang mengendap dikumpulkan dengan corong Buchner. Lalu dilakukan pencucian dengan HCl dan aseton. Serbuk PANI doping HCl (emeraldine salt) dikeringkan didalam oven vakum. 49 CAS Center for Advanced Sciences

3 Pola difraksi sampel dikarakterisasi menggunakan XRD (X-ray diffraction). Pengujian konduktivitas diuji menggunakan LCR Meter dengan frekuensi 20 khz 2 MHz. Morfologi sampel dengan konduktivitas tertinggi dianalisis dengan SEM (Scanning Electron Microscope) menggunakan mode SEI (secondary electron image) pada 15 kv. HASIL DAN PEMBAHASAN Hasil karakterisasi sampel PANI menggunakan XRD memberikan tiga puncak difraksi karakteristik untuk ES (Emeraldine Salt), yakni dua puncak lemah pada daerah 2θ = 15 dan 20 serta satu puncak tajam pada 2θ = 25 (Gambar 1). Pola difraksi ini menunjukkan adanya daerah kristalin yang terdispersi dalam medium amorf 1. Puncak 20 dan 25 berturut-turut mengindikasikan derajat kristalinitas berupa periodisitas sejajar dan tegak lurus terhadap cincin polimer PANI. Gambar 1. Difraktogram sinar-x sampelnanorod PANI pada berbagaitemperatur. Pola difraksi yang melebar mengindikasikan struktur PANI nanokristal. Pola difraksi sembilan sampel ES mirip satu sama lain. Hal ini mengindikasikan bahwa struktur kimia PANI tidak dipengaruhi secara signifikan oleh perubahan temperatur polimerisasi.hasil XRD juga menunjukan puncak-puncak difraksi Bragg yang lebih runcing dengan menurunnya temperatur polimerisasi. 50 CAS Center for Advanced Sciences

4 Gambar 2. Konduktivitas sampel nanorod PANI pada frekuensi pengukuran 20 khz sebagai fungsi temperatur polimerisasi. Konduktivitas berkaitan erat dengan kristalinitas 5. Temperatur reaksi rendah meningkatkan kristalinitas PANI-ES. Hal ini terlihat dari semakin berkurangnya puncak pada daerahbackground 15 dan 20. Dengan meningkatnya kristalinitas, konduktivitas pun meningkat. Atau dengan kata lain, sampel PANI-ES pada temperatur reaksi tinggi berstruktur lebih amorf dibandingkan dengan sampel pada temperatur rendah. Hal ini dikonfirmasi dengan hasil pengukuran impedansi (Gambar 2). Hasil pengukuran konduktivitas menunjukkan hasil yang sesuai dengan yang telah dilaporkan sebelumnya 4 bahwa semakin rendah temperatur reaksi, makin teratur PANI-ES yang terbentuk, dengan kata lain kristalinitas PANI-ES makin baik sehingga konduktivitas yang dihasilkan semakin besar. Morfologi dan struktur mikro sampel PANI-ES dengan konduktivitas maksimum dikarakterisasi dengan metode Scanning Electron Microscope (SEM), seperti yang ditunjukkan pada Gambar 3. Gambar 3. SEM PANI Perbesaran x. 51 CAS Center for Advanced Sciences

5 Citra SEM pada Gambar3 mengungkapkan bahwa PANIterdoping HCl (PANI- ES) memiliki struktur berupa aggregat dari nano partikel yang diselubungi oleh serat nano. PANI-ES terdiri dari partikel nano berbentuk granular berukuran nm denganpanjang serat 1-2 m dan diameter nm. Struktur campuran seperti ini akan memudahkan aliran konduktivitas dalam skala makroskopik. Hasil ini bersesuaian dengan hasil analisa XRD bahwa bagian amorf (granular) dan kristalin (serat) dari jaringan PANI sangatmempengaruhi konduktivitas makroskopik. KESIMPULAN Pengaruh temperatur polimerisasi (dari -15 hingga 25 C) terhadap kristalinitas, konduktivitas elektrik, struktur molekul dan morfologi PANI telah diteliti.hasil XRD menunjukan puncak-puncak difraksi pada 20 dan 25 Bragg menjadi lebih runcing dengan menurunnya temperatur polimerisasi. Pengukuran konduktivitas menunjukkan kenaikan temperatur polimerisasi menurunkan secara drastic konduktivitas (dari -15 o Cke -10 o C. Karakterisasi morfologi memperlihatkan PANI yang disintesis pada suhu rendah memiliki struktur berupa aggregat nano partikel terlapisi serat nanoyang berkaitan erat dengan kemudahan aliran konduktivitas skalamakro. DAFTAR PUSTAKA [1]. K. Lee, S. Cho, S. H. Park, A. J. Heeger, C.-W. Lee, S.-H. Lee, Nature.2006 (441): 65. [2]. H. Bejbouji, L. Vignau, J. L Miane, M. T Dang, E. M Oualim, M. Harmouchi, A. Mouhsen, Solar Energy Materials & Solar Cells (94): [3]. C.-G. Wu, C.-H. Chiang, U. Jeng, J. Phys. Chem. B.2008 (112): [4]. J. Stejskal, I. Sapurina, Pure Appl. Chem (77): [5]. J.P. Pouget, M.E Jozefowichz, A.J Eipstein, X. Tang, A.G Macdiarmid.Macromolecules.1991 (24): CAS Center for Advanced Sciences