T E S I S. Oleh JUAN RANDY SIMAMORA /FIS

Transkripsi

1 PENGARUH VARIASI KONSENTRASI LARUTAN PENGENDAP TERHADAP SIFAT OPTIK NANOPARTIKEL Cu 2 O YANG DISINTESIS DENGAN METODE KOPRESIPITASI T E S I S Oleh JUAN RANDY SIMAMORA /FIS PROGRAM PASCASARJANA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2015

2 PENGARUH VARIASI KONSENTRASI LARUTAN PENGENDAP TERHADAP SIFAT OPTIK NANOPARTIKEL Cu 2 O YANG DISINTESIS DENGAN METODE KOPRESIPITASI T E S I S Diajukan sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Magister Sains dalam Program Studi Magister Ilmu Fisika pada Program Pascasarjana Fakultas MIPA Universitas Sumatera Utara Oleh JUAN RANDY SIMAMORA /FIS PROGRAM PASCASARJANA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2015

3 PENGESAHAN TESIS Judul Tesis : PENGARUH VARIASI KONSENTRASI LARUTAN PENGENDAP TERHADAP SIFAT OPTIK NANOPARTIKEL Cu 2 O YANG DISINTESIS DENGAN METODE KOPRESIPITASI Nama Mahasiswa : JUAN RANDY SIMAMORA Nomor Induk Mahasiswa : Program Studi Fakultas : Magister Ilmu Fisika : Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sumatera Utara Menyetujui Komisi Pembimbing Dr. Diana A. Barus, M.Sc Ketua Dr. Anwar Dharma S, M.S. Anggota Ketua Program Studi, Dekan, Dr. Nasruddin M.N., M.Eng.Sc Dr. Sutarman, M. Sc NIP NIP

4 Telah diuji pada Tanggal : 29 Juni 2015 PANITIA PENGUJI TESIS Ketua : Dr. Diana A. Barus, M.Sc Anggota : 1. Dr. Anwar Dharma S, M.S 2. Prof. Dr. Timbangen S, M.Sc 3. Dr. Nasruddin MN, M.Eng.Sc 4. Dr. Kurnia Sembiring, M.S

5 PERNYATAAN ORISINALITAS PENGARUH VARIASI KONSENTRASI LARUTAN PENGENDAP TERHADAP SIFAT OPTIK NANOPARTIKEL Cu 2 O YANG DISINTESIS DENGAN METODE KOPRESIPITASI TESIS Dengan ini saya menyatakan bahwa saya mengakui semua karya tesis ini adalah hasil kerja saya sendiri kecuali kutipan dan ringkasan yang tiap satunya telah dijelaskan sumber dengan benar Medan, Juni 2015 Juan Randy Simamora NIM

6 PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI KARYA ILMIAH UNTUK KEPENTINGAN AKADEMIS Sebagai sivitas akademika Universitas Sumatera Utara, saya yang bertanda tangan dibawah ini : Nama : Juan Randy Simamora Nim : Program Studi : Magister Ilmu Fisika Jenis Karya Ilmiah : Tesis Demi pengembangan ilmu pengetahuan, menyetujui untuk memberikan kepada Universitas Sumatera Utara Hak Bebas Royalti Non-Eksklusif atas Tesis saya yang berjudul : PENGARUH VARIASI KONSENTRASI LARUTAN PENGENDAP TERHADAP SIFAT OPTIK NANOPARTIKEL Cu 2 O YANG DISINTESIS DENGAN METODE KOPRESIPITASI Dengan Hak Bebas Royalti Non-Eksklusif ini, Universitas Sumatera Utara berhak menyimpan, mengali media, memformat, mengelilah dalam data base, merawat dan mempublikasikan Tesis saya tanpa meminta ijin dari saya selama tetap mencantumkan nama saya sebagai penulis dan sebagai pemegang dan atau sebagai pemilik hak cipta. Demikianlah pernyataan ini dibuat dengan sebenarnya. Medan, Juni 2015 Penulis, Juan Randy Simamora NIM

7 DAFTAR RIWAYAT HIDUP DATA PRIBADI Nama Lengkap Berikut Gelar : Juan Randy Simamora, S.Pd, S.Kom Tempat Dan Tanggal Lahir : Medan, 02 April 1989 Alamat Rumah : Jln. Menteng VII Gg. Nelayan No.7 Medan Telepon/Fax/Hp : juan.muora@gmail.com DATA PENDIDIKAN SD : SD St. Antonius V Medan Tamat : 2001 SMP : SLTP N 3 Medan Tamat : 2004 SMA : SMA N 21 Medan Tamat : 2007 Strata-1 : Universitas Negeri medan Tamat : 2011 Strata-1 : STMIK Mikroskil Tamat : 2013

8 KATA PENGANTAR Penulis mengucapkan puji dan syukur kehadirat Tuhan Yang Maha Esa yang telah memberikan rahmat-nya kepada penulis sehingga penulis dapat menyelesaikan penulisan tesis ini. Selama melakukan penelitian dan penulisan tesis ini, Penulis banyak memperoleh bantuan moril dan materil dari berbagai pihak. Oleh karena itu, pada kesempatan ini penulis menyampaikan ucapan terima kasih yang tulus kepada: 1. Bapak Prof. Subhilhar, PhD, selaku Pejabat Rektor Universitas Sumatera Utara. 2. Bapak Dr. Sutarman, M.Sc, selaku Dekan Fakultas MIPA Universitas Sumatera Utara. 3. Bapak Dr. Nasruddin MN, M.Eng,Sc, selaku Ketua Program Studi Magister Ilmu Fisika, Sekretaris Program Studi Ilmu Fisika, Dr. Anwar Dharma Sembiring, M.S, beserta seluruh Staf Pengajar pada Program Studi Magister Ilmu Fisika Program Pascasarjana Fakultas MIPA Universitas Sumatera Utara. 4. Ibu Dr. Diana A. Barus, M.Sc, selaku Ketua Komisi Pembimbing dan Bapak Dr. Anwar Dharma Sembiring, MS selaku Anggota Komisi Pembimbing yang dengan penuh kesabaran meluangkan waktu untuk membimbing dan mengarahkan penulis dalam penulisan tesis ini. 5. Bapak Prof. Dr. Timbangen S, M.Sc, Bapak Dr. Nasruddin MN, M.Eng.Sc dan Bapak Dr. Kurnia Sembiring, M.S selaku Komisi Pembanding atas saran dan kritik yang telah diberikan. 6. Ayahanda P. Simamora, Ibunda E. Sinaga, saudara ku Rony Pasca, Ray Master, dan Rosy Putri, beserta seluruh keluarga besar atas segala nasehat, dukungan, motivasi dan doa yang dipanjatkan. 7. Rekan-rekan seperjuangan Fis 12 dan Teman-teman yang lain yang namanya tidak bisa dituliskan persatu yang turut mendukung dalam memberikan doa, penguatan dan motivasi. Penulis menyadari tesis ini masih banyak memiliki kekurangan dan jauh dari sempurna. Oleh sebab itu, penulis mengharapkan kritik dan saran yang yang bersifat membangun guna penyempurnaan di masa mendatang. Harapan penulis semoga tesis ini bermanfaat kepada seluruh pembaca. Semoga kiranya Tuhan Yang Maha Esa memberkati kita semua. Amin. Medan, Juni 2015 Juan Randy Simamora i

9 ii PENGARUH VARIASI KONSENTRASI LARUTAN PENGENDAP TERHADAP SIFAT OPTIK NANOPARTIKEL Cu 2 O YANG DISINTESIS DENGAN METODE KOPRESIPITASI ABSTRAK Nanopartikel Cu 2 O (Cuprous Oxide) telah berhasil disintesis menggunakan metode kopresipitasi berdasarkan variasi konsentrasi larutan pengendap ammonium hydroxide (NH 4 OH) dengan variasi konsentrasi 0,2 M (I), 0,6 M (II), dan 1 M (III). Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui cara pembuatan nanopartikel dengan menggunakan metode kopresipitasi berdasarkan variasi konsentrasi pengendap NH 4 OH dan mengetahui pengaruh masing-masing konsentrasi pengendap terhadap sifat optik nanopartikel Cu 2 O. Nanopartikel Cu 2 O diperoleh melalui reaksi material CuSO 4.5H 2 O, isopropanol, dan Polivinyl Alkohol sebagai larutan reagen dan kemudian mencampurkan NH 4 OH sebagai larutan pengendap. Hasil yang diperoleh kemudian dikarakterisasi menggunakan XRD, FTIR, SEM, Konduktivitas Listrik dan UV-Vis. Analisa XRD menunjukkan bahwa fasa yang terbentuk merupakan nanokristal Cu 2 O dengan ukuran kristalin paling kecil 78 nm (I), 80 nm (II), and 83 nm (III). Analisis FTIR menunjukkan ketiga cuplikan nanopartikel Cu 2 O masih diikuti oleh gugus lain seperti gugus O-H yang berasal dari serapan air pada permukaan nano Cu 2 O dan menunjukkan adanya vibrasi Cu-O. Analisa SEM menunjukkan bahwa morfologi nanopartikel berbentuk kubik (nanocube). Analisa konduktivitas listrik menunjukkan bahwa nilai konduktivitas terbesar dengan nilai 0,363 S/m (I) diikuti dengan 0,271 S/m (II) dan 0,238 S/m(III). Hasil karakterisasi sifat optik menggunakan UV-Vis menunjukkan bahwa nilai absorbansi maksimum terjadi pada panjang gelombang 455 nm. Perhitungan celah pita optik menggunakan metode Tauc plot menunjukkan bahwa lebar pita energi (band gap) yang diperoleh berturut-turut adalah 2,51 ev (I), 2,45 ev (II), dan 2,23 ev (III). Pengaruh variasi konsentrasi NH 4 OH dalam sintesis Cu 2 O menunjukan distribusi rata-rata ukuran kristalit mencapai orde nano dengan sifat optik menunjukkan bahwa nilai band gap semakin kecil pada konsentrasi tinggi sehingga memiliki karakteristik yang memenuhi jika digunakan sebagai komponen sel surya (photovoltaic) dan memiliki aplikasi potensial sebagai fotokatalis. Kata kunci : nanopartikel, cuprous oxide (Cu 2 O), kopresipitasi, semikonduktor

10 iii INFLUENCE OF PRECIPITATES CONCENTRATION TO OPTICAL PROPERTIES OF Cu 2 O NANOPARTICLES WITH COPRECIPITATION METHOD ABSTRACT Cuprous oxide (Cu 2 O) nanoparticles were synthesized using coprecipitation method with varying concentrations precipitates ammonium hydroxide (NH 4 OH) i.e. 0,2 M (I), 0,6 M (II) and 1 M (III). This research was carried out in order to synthesis nanoparticle with simple chemical coprecipitation and determine the influence of various concentrate precipitates NH 4 OH on the optical properties of Cu 2 O nanoparticles. Cu 2 O nanoparticles were prepared by the reaction of CuSO 4.5H 2 O, isopropanol, and Polivinyl Alkohol as the reagen solution with the various of NH 4 OH aqueous solution. The samples were characterized by FTIR, XRD, SEM, Electrical Conductivity and UV-vis Spectroscopy. The results of XRD show that the products are nanocrystals of Cu 2 O phase and the average grain size of Cu 2 O was found to be around 78 nm(i), 80 nm (II), and 83 nm (III). FTIR analyzes indicates that the nanoparticles followed by O-H group of absorbed water on the surface of Cu 2 O and confirmed vibration of Cu-O. SEM analysis showed that particle size has cubic-shaped (nanocube) morphology. Electrical conductivity analysis shows that the largest conductivity values 0,363 S/m (I) followed by 0,271 S/m (II) and 0,238 S/m (III). Optical Charaterization showed that nanoparticles Cu 2 O has direct band gap 2,51 ev, 2,45 ev, and 2,23 ev, slightly higher than the theoretical direct band gap of 2.2 ev. The influence of the increase concentrate precipitates NH 4 OH show that the cuprous oxide particles have smaller particle size at nano-orde with different morphology characteristics,and excellent electrical conductivity in lower concentration, whereas the optical properties showed that the the band gap was smaller in high concentration. This optical characteristics was appropriate if used as a component of solar cells (photovoltaic) and have potential applications as photocatalysts. Keywords : nanoparticle, cuprous oxide (Cu 2 O), coprecipitation, semiconductor

11 iv DAFTAR ISI Halaman KATA PENGANTAR... i ABSTRAK... ii ABSTRACT... iii DAFTAR ISI... iv DAFTAR TABEL... vi DAFTAR GAMBAR... vii DAFTAR LAMPIRAN... ix BAB I. PENDAHULUAN 1.1. Latar Belakang Rumusan Masalah Batasan Masalah Tujuan Penelitian Manfaat Penelitian... 6 BAB II. TINJAUAN PUSTAKA 2.1. Nanopartikel Keunggulan Sifat Material Berorder Nano Perkembangan Nanopartikel Metode Sintesis Nanopartikel Metode Kopresipitasi Kemurnian Endapan Bahan Nanopartikel Tembaga Sifat Kimia Tembaga Sifat Fisika Tembaga Senyawa Cu 2 O Semikonduktor... 24

12 v Semikonduktor Cu 2 O (Cuprous oxide) Karakterisasi Nanopartikel X-Ray Diffractometry (XRD) SEM (Scanning Electron Microscope) Konduktivitas Listrik Spektofotometer Ultra Violet-Visibel (UV-Vis) FTIR (Fourier transform Infra Red) BAB III. METODE PENELITIAN 3.1. Tempat dan Waktu Penelitian Alat dan Bahan Penelitian Prosedur Penelitian Preparasi Sampel Uji Bentuk Pelet Diagram Alir Penelitian BAB IV. HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN 4.1. Hasil Penelitian Hasil dan Analisa Pengujian FTIR ( Fourier Transform Infra Red) Hasil Pengujian XRD (X-ray Difrraction) Hasil Pengujian SEM (Scanning Electron Microscope) EDX (Energy Dispersive X-Ray) Hasil Pengujian Konduktivitas Listrik Hasil Pengujian UV-Vis (Ultraviolet-Visible Spectroscopy) BAB V. KESIMPULAN DAN SARAN 5.1. Kesimpulan Saran DAFTAR PUSTAKA... 81

13 vi DAFTAR TABEL No Tabel Judul Halaman Reaksi fisik dan kimia dari metode kopresipitasi Data Sifat Kimia Tembaga Beberapa Senyawa yang dibentuk oleh Tembaga Data Sifat Fisika Tembaga Karakteristik Cu 2 O Waktu Pelaksanaan Penelitian Alat Penelitian Bahan Penelitian Nilai 2Theta dan hkl dari puncak tertinggi XRD Hasil Pengukuran Nilai Resistivitas dan Konduktivitas Listrik Nanopartikel Cu 2 O pada variasi konsentrasi pengendap 0,2 M, 0,6 M, dan 1 M Hasil Karakterisasi Optik Nanopartikel Cu 2 O

14 vii DAFTAR GAMBAR No Gambar Judul Halaman Skematik Klasifikasi nano material : (a) struktur tiga dimensi (3-D); (b) struktur dua dimensi (2-D); (c) struktur satu dimensi; dan (d) struktur zero dimensi (0-D). Sintesis Nanopartikel top-down dan bottom-up Tembaga Cuprous Oxide (Cu 2 O) Struktur kristal Cu 2 O Difraksi Bidang Atom Instrumentasi XRD (X-Ray Difraction) Prinsip Kerja SEM (Scanning Electron Microscopy)-EDX Instrumentasi Uji SEM (Scanning Electron Microscopy)-EDX Spektrum Konduktivitas Listrik dan Resistivitas Metode Four Point Collinear probe Penentuan Konduktivitas Menggunakan Metode Four Point Collinear probe Spektrum Gelombang Elektromagnetik Prinsip Kerja UV Vis Spectroscopy Eksitasi elektron saat di sinari dengan gelombang. Instrumentasi Spektrofotometer UV-Vis Instrumentasi Uji FTIR (Fourier Transform Infra Red) Proses Pengujian instrumental FTIR Skematik Proses Pembuatan Nanopartikel Cu 2 O Diagram Alir Penelitian Grafik FTIR Nanopartikel Cu 2 O dengan variasi konsentrasi pengendap 0,2 M, 0,6 M, dan 1 M Pola XRD nanopartikel Cu 2 O dengan variasi konsentrasi larutan pengendap 0,2M, 0,6M,dan 1M Grafik Hubungan antara Variasi Konsentrasi Pengendap dengan Ukuran Nanopartikel Cu 2 O Hasil Pengujian SEM Nanopartikel Cu 2 O dengan Perbesaran kali pada Konsentrasi Pengendap 0,2 ; 0,6 ; dan 1 M Hasil Pengujian SEM-EDX Nanopartikel Cu 2 O pada konsentrasi Pengendap 0,2 ; 0,6 ; dan 1 M Persentase Berat Atomik Elemen Cu Pada Variasi Konsentrasi Pengendap Nanopartikel Cu 2 O Grafik Hubungan Konsentrasi Pengendap terhadap Nilai Resistivitas Listrik Nanopartikel Cu 2 O

15 viii Grafik Hubungan Konsentrasi Pengendap Terhadap Nilai Konduktitas Listrik Nanopartikel Cu 2 O Spektrum Absorbansi Nanopartikel Cu 2 O yang Disintesis dengan Variasi Konsentrasi Pengendap Spektrum Transmitansi Nanopartikel Cu 2 O yang Disintesis dengan Variasi Konsentrasi Pengendap Plot (αhυ) 2 terhadap energi foton absorbansi (hυ) pada variasi konsentrasi pengendap (a) 0,2 M, (b) 0,6 M dan (c) 1 M Hubungan Konsentrasi Pengendap NH 4 OH Terhadap Energi Gap

16 ix DAFTAR LAMPIRAN No Lampiran Judul Hasil Pengujian FTIR Hasil Pengujian XRD Perhitungan Ukuran Partikel Menggunakan Persamaan Scherer Hasil Pengujian SEM-EDX Hasil Pengujian Konduktivitas Listrik Perhitungan Nilai Konduktivitas Listrik Sampel Hasil Pengujian UV-Vis Spectroscopy Perhitungan Nilai Energi Foton (hυ) Dokumentasi Penelitian Halaman