POLIMERISASI PIROL, TIOFEN, 3-METILTIOFEN DAN 3-HEKSILTIOFEN SECARA ELEKTROKIMIA

TUGAS AKHIR SK 1512 POLIMERISASI PIROL, TIOFEN, 3-METILTIOFEN DAN 3-HEKSILTIOFEN SECARA ELEKTROKIMIA I WAYAN TANJUNG ARYASA NRP 1405 100 062 Dosen Pembimbing SUPRAPTO, M.Si, Ph.D JURUSAN KIMIA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER SURABAYA 2009 i

FINAL PROJECT SK 1512 POLYMERIZATION OF PYRROLE, THIOPHENE, 3-METHYLTHIOPHENE AND 3-HEXYLTHIOPHENE WITH ELECTROCHEMICAL I WAYAN TANJUNG ARYASA NRP 1405 100 062 Advisor Lecturer SUPRAPTO, M.Si, Ph.D CHEMISTRY DEPARTMENT FACULTY OF MATHEMATICS AND NATURAL SCIENCES SEPULUH NOPEMBER INSTITUTE OF TECHNOLOGY SURABAYA 2009 ii

POLIMERISASI PIROL, TIOFEN, 3-METILTIOFEN DAN 3-HEKSILTIOFEN SECARA ELEKTROKIMIA TUGAS AKHIR Diajukan Untuk Memenuhi Salah Satu Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Pada Bidang Studi Analitik Program Studi S-1 Jurusan Kimia Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya Disusun Oleh : I Wayan Tanjung Aryasa NRP. 1405 100 062 JURUSAN KIMIA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER SURABAYA 2009 iii

POLIMERISASI PIROL, TIOFEN, 3-METILTIOFEN DAN 3-HEKSILTIOFEN SECARA ELEKTROKIMIA TUGAS AKHIR Disusun Oleh : I Wayan Tanjung Aryasa NRP. 1405 100 062 Surabaya, Juni 2009 Menyetujui, Dosen Pembimbing Tugas Akhir Suprapto, M.Si, Ph.D NIP. 132 206 274 Ketua Jurusan Kimia Lukman Atmaja, Ph.D NIP 131 835 481 iv

POLIMERISASI PIROL, TIOFEN, 3-METILTIOFEN DAN 3-HEKSILTIOFEN SECARA ELEKTROKIMIA Abstrak Nama : I Wayan Tanjung Aryasa NRP : 1405 100 062 Pembimbing : Suprapto, M.Si, Ph.D Telah dilakukan penelitian mengenai polimerisasi secara kimia pada pirol, tiofen, 3-metiltiofen dan 3-heksiltiofen untuk mengatahui puncak-puncak oksidasinya. Elektropolimerisasi merupakan sebuah metode sederhana yang dapat digunakan untuk menghasilkan polimer konduktif. Keuntungan dari elektropolimerisasi yaitu polimer yang terbentuk siap didoping dan level doping dapat dikontrol. Polimerisasi secara kimia ini menggunakan metode voltametri siklik untuk mengetahui nilai puncak oksidasi monomer. Analisis voltametri siklik menunjukkan bahwa dengan variasi laju scan, dimana semakin lambat laju scan maka yang akan muncul puncak oksidasi saja sedangkan untuk laju scan yang lebih cepat maka yang muncul adalah puncak oksidasi dan puncak reduksinya. Voltametri siklik juga dapat menunjukkan perbedaan puncak oksidasi dari monomer pirol, tiofen, 3-metiltiofen dan 3-heksiltiofen, dimana nilai rata-ratanya sebesar 0,49V; 0,59V; 0,44V dan 0,65V, secara berurutan. Sedangkan puncak oksidasi untuk lapisan rangkap dimana lapisan dasarnya polipirol dan lapisan atasnya adalah monomer tiofen, 3-heksiltiofen dan 3-metiltiofen relatif berbeda, dengan nilai rata-ratanya adalah 0,8V; 1,3V dan 0,83V, secara berurutan. Mikroskop optik dapat digunakan untuk melihat adanya perbedaan yang jelas antara elektroda kerja yang dilapisi emas dengan elektroda kerja emas dengan polipirol, politiofen, poli(3-metiltiofen) dan poli(3-heksiltiofen). Kata kunci: Elektropolimerisasi, Pirol, Tiofen, 3-Heksiltiofen, 3-Metiltiofen. v

POLYMERIZATION OF PYRROLE, THIOPHENE, 3-METHYLTHIOPHENE AND 3-HEXYLTHIOPHENE WITH ELECTROCHEMICAL Abstract Name : I Wayan Tanjung Aryasa NRP : 1405 100 062 Advisor Lecturer : Suprapto, M.Si, Ph.D The polymerization of pyrrole, thiophene, 3- methylthiophene and 3-hexylthiophene by electrochemical method has been done. The advantages of the electropolimerization are the polymer was already doped and the dopping level of polymer can be controlled. The oxidation potentials of the monomer were determined by cyclic voltammetric methods. Cyclic voltammetric analysis with a variation of scan rate showed that at lower scan rate only oxidation peak was shown. At faster scan rate both oxidation and reduction peaks were appear. The oxidation of pyrrole, thiophene, 3-methylthiophene and 3-hexylthiophene was appear at different potential 0,49V; 0,59V; 0,44V and 0,65V, respectively. Even if, oxidation peaks for double layers with polypyrrole as based layer and thiophene, 3-hexylthiophene and 3-methylthiophene as top layer, was relatively different, the averages oxidation values each monomer were 0,8V; 1,3V and 0,83V, respectively. Using optical microscop, there are clear different between gold working electrode and gold working electrode with polypyrrole, polythiophene, poly(3-methylthiophene) and poly(3- hexylthiophene). Keywords: Electropolimerization, Pyrrole, Thiophene, 3-Hexylthiophene, 3-Methylthiophene. vi

KATA PENGANTAR Puji syukur kehadirat Tuhan Yang Maha Esa karena atas rahmat, karunia dan perkenan-nya penulis dapat menyelesaikan Laporan Tugas Akhir yang berjudul Polimerisasi Pirol, Tiofen, 3-Metiltiofen dan 3-Heksiltiofen secara Elektrokimia. Dalam penyusunan Laporan Tugas Akhir ini penulis menyampaikan ucapan terima kasih kepada: 1. Suprapto, M.Si, Ph.D selaku Dosen Pembimbing atas semua diskusi, saran, dan bimbingan yang telah diberikan serta ilmu yang bermanfaat selama penyelesaian Tugas Akhir. 2. Drs. Lukman Atmaja, Ph.D. selaku Ketua Jurusan Program S1 Jurusan Kimia FMIPA ITS. 3. Dra. Yulfi Zetra, M.S selaku Koordinator Tugas Akhir Program S1 Jurusan Kimia FMIPA ITS. 4. Drs. Agus Wahyudi, M.Si selaku dosen wali. 5. Orang tua, Adik dan Keluarga besar atas segala doa, kepercayaan, dan dukungan yang tiada henti-hentinya. 6. Rekan-rekan tugas akhir dan tugas akhir S1 Kimia ITS khususnya di Laboratorium Kimia Analitik serta semua analis Jurusan Kimia. 7. Sahabat dan teman-teman khususnya Kimia 2005. 8. Serta pihak-pihak lain yang telah membantu. Setiap ada kelebihan pasti ada kekurangan. Oleh karena itu penulis sangat mengharapkan kritik dan saran yang membangun terhadap Tugas Akhir ini. Semoga Tugas Akhir ini bisa memberikan manfaat dan inspirasi terutama bagi pihak-pihak yang menekuni bidang terkait dengan yang penulis kerjakan. Surabaya, Juni 2009 vii Penulis

DAFTAR ISI HALAMAN JUDUL HALAMAN JUDUL HALAMAN PENGESAHAN ABSTRAK ABSTRACT KATA PENGANTAR DAFTAR ISI DAFTAR GAMBAR DAFTAR TABEL DAFTAR LAMPIRAN i ii iii v vi vii viii xi xvi xvii BAB I. PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang 1 1.2 Permasalahan Penelitian 3 1.3 Tujuan Penelitian 3 BAB II. TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Polimer Konduktif 5 2.1.1 Definisi Umum Polimer Konduktif 5 2.1.2 Morfologi Polimer Konduktif 7 2.1.3 Efek Monomer dan Subtituen Rantai 7 Samping 2.1.4 Efek Ion Pendoping 8 2.2 Konduktivitas Polimer Konduktif 9 2.2.1 Pelarut 13 2.2.2 Metode Elektrokimia 14 2.3 Elektropolimerisasi 15 2.4 Voltametri Siklik 17 2.5 Politiofen 19 2.6 Mikroskop Optik 20 BAB III. METODOLOGI PENELITIAN 3.1 Peralatan dan Bahan 21 viii

3.1.1 Peralatan 21 3.1.2 Bahan 21 3.2 Prosedur Kerja 21 3.2.1 Pembuatan Elektroda Kerja 21 3.2.2 Pembuatan Larutan 22 3.2.3 Pembuatan polimer konduktif lapisan dasar 23 3.2.3.1 Voltametri siklik dan analisis polimer 23 yang terbentuk pada elektroda kerja 3.2.3.2 Voltametri siklik oksidasi reduksi 23 polimer konduktif yang terbentuk pada larutan garam 3.2.4 Voltametri siklik dari elektropolimerisasi 23 lapisan dasar polipirol yang dilapisi monomer dan analisis polimer yang terbentuk pada elektroda kerja BAB IV. HASIL DAN PEMBAHASAN 4.1 Perbandingan sifat elektrokimia monomer pirol dengan asetonitril dan 0,1 M garam (TBAPF 6 )) dan melihat polimer yang terbentuk pada elektroda kerja. 4.2 Studi sifat elektrokimia monomer tiofen pada asetonitril dan 0,1M garam (tetrabutilammonium heksafluorophospat (TBAPF 6 )) dan melihat polimer yang terbentuk pada elektroda kerja. 4.3 Studi sifat elektrokimia monomer 3-heksiltiofen pada asetonitril dan 0,1 M garam (TBAPF 6 )) dan melihat polimer yang terbentuk pada elektroda kerja. 4.4 Studi sifat elektrokimia monomer 3-metiltiofen pada asetonitril dan 0,1M garam (TBAPF 6 )) dan melihat polimer yang terbentuk pada elektroda kerja. 25 33 39 44 ix

4.5 Studi sifat elektrokimia pada lapisan dasar polipirol yang dilapisi monomer tiofen pada asetonitril dan 0,1 M garam (tetrabutilammonium heksafluorophospat (TBAPF 6 )) dan melihat polimer yang terbentuk pada elektroda kerja. 4.6 Studi sifat elektrokimia pada lapisan dasar polipirol yang dilapisi monomer 3-heksiltiofen pada asetonitril dan 0,1 M garam (tetrabutilammonium heksafluorophospat (TBAPF 6 )) dan melihat polimer yang terbentuk pada elektroda kerja. 4.7 Studi sifat elektrokimia pada lapisan dasar polipirol yang dilapisi monomer 3-metiltiofen pada asetonitril dan 0,1 M garam (tetrabutilammonium heksafluorophospat (TBAPF 6 )) dan melihat polimer yang terbentuk pada elektroda kerja. 49 55 60 BAB V. KESIMPULAN DAN SARAN 5.1 Kesimpulan 67 5.2 Saran 67 DAFTAR PUSTAKA 69 LAMPIRAN 71 x

DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1 Beberapa contoh polimer konduktif (a) 5 polipirol, (b) politiofen, (c) polianilin Gambar 2.2 Proses Konduktivitas Polimer yang mirip 12 dengan Konduktivitas Logam. Gambar 2.3 Proses Konduktivitas Polimer yang sama 13 dengan Konduktivitas Logam Gambar 2.4 Struktur (a) dan proses doping asam protonik 17 (b) dari polianilin Gambar 2.5 Tipe voltamogram siklik untuk reaksi readoks 19 reversible One a R Gambar 2.6 Mikroskop Optik 20 Gambar 3.1 Elektroda Kerja Interdigital. Pembesaran: 50 21 kali Gambar 4.1 Voltamogram siklik elektroda emas pada 25 asetonitril yang berisi 0,1 M garam (TBAPF 6 )). Laju scan: 50 mv/detik. Gambar 4.2 Bentuk dari elektroda interdigital emas tanpa 26 adanya polimer dengan mikroskop optik dari elektroda interdigital emas: Pembesaran 50 kali. Gambar 4.3 Voltamogram siklik pirol 0,1 M pada elektroda 27 emas dalam asetonitril dan 0,1 M garam (TBAPF 6 )). Laju scan: 10 mv/detik. Gambar 4.4 Voltamogram siklik pirol 0,1 M pada 28 elektroda emas dalam asetonitril dan 0,1 M tetrabutilammonium heksafluorophospat (TBAPF 6 ). Laju scan: 50 mv/detik. Gambar 4.5 Voltamogram siklik pirol pada asetonitril 29 yang berisi 0,1 M tetrabutilammonium heksafluorophospat (TBAPF 6 ). Laju scan:100 mv/detik. Gambar 4.6 Polimer yang terbentuk pada elektroda kerja 30 dengan mikroskop optik elektroda interdigital xi

yang dilapisi emas dilapisi polipirol: Pembesaran 50 kali. Gambar 4.7 Voltamogram siklik oksidasi reduksi polipirol pada elektroda kerja dalam asetonitril dan 0,1 M tetrabutilammonium heksafluorophospat (TBAPF 6 ). Laju scan 50 mv/detik. Gambar 4.8 Voltamogram siklik oksidasi reduksi pirol pada asetonitril berisi 0,1 M tetrabutilammonium heksafluorophospat (TBAPF 6 ). Laju scan: 100 mv/detik. Gambar 4.9 Voltamogram siklik tiofen pada asetonitril yang berisi 0,1 M. garam (tetrabutilammonium heksafluorophospat (TBAPF 6 )). Laju scan: 10 mv/detik. Gambar 4.10 Voltamogram siklik tiofen pada asetonitril yang berisi 0,1 M. garam (tetrabutilammonium heksafluorophospat (TBAPF 6 )). Laju scan: 50 mv/detik. Gambar 4.11 Voltamogram siklik tiofen pada asetonitril yang berisi 0,1 M. garam (tetrabutilammonium heksafluorophospat (TBAPF 6 )). Laju scan: 100 mv/detik. Gambar 4.12 Polimer yang terbentuk pada elektroda kerja dengan mikroskop optik a) elektroda interdigital yang dilapisi emas dengan lapisan dasar politiofen dan b) bagian dari elektroda interdigital yang dilapisi emas dengan lapisan dasar politiofen : Pembesaran 50 kali. Gambar 4.13 Voltamogram siklik 3-heksiltiofen pada asetonitril yang berisi 0,1 M. garam (TBAPF 6 )). Laju scan:10 mv/detik. Gambar 4.14 Voltamogram siklik 3-heksiltiofen pada asetonitril yang berisi 0,1 M. garam (TBAPF 6 )). Laju scan:50 mv/detik. 32 33 34 35 36 38 39 41 xii

Gambar 4.15 Voltamogram siklik 3-heksiltiofen pada asetonitril yang berisi 0,1 M. garam (TBAPF 6 )). Laju scan: 100 mv/detik. Gambar 4.16 Polimer yang terbentuk pada elektroda kerja i dengan mikroskop optik (a) elektroda interdigital yang dilapisi emas dengan lapisan dasar poli(3-heksiltiofen) dan (b) bagian dari elektroda interdigital yang dilapisi emas yang tertutup lapisan dasar poli(3-heksiltiofen) : Pembesaran 50 kali. Gambar 4.17 Voltamogram siklik 3-metiltiofen pada asetonitril yang berisi 0,1 M. garam (TBAPF 6 ))Laju scan: 10 mv/detik. Gambar 4.18 Voltamogram siklik 3-metiltiofen pada asetonitril yang berisi 0,1 M garam (TBAPF 6 )). Laju scan: 50 mv/detik. Gambar 4.19 Voltamogram siklik 3-metiltiofen pada asetonitril yang berisi 0,1 M garam (TBAPF 6 )). Laju scan: 100 mv/detik. Gambar 4.20 Polimer yang terbentuk pada elektroda kerja dengan mikroskop optik a) elektroda interdigital yang dilapisi emas dengan lapisan dasar poli(3-metiltiofen) dan (b) bagian dari elektroda interdigital yang dilapisi emas yang tertutup lapisan dasar poli(3-metiltiofen) secara penuh: Pembesaran 50 kali. Gambar 4.21 Voltamogram siklik lapisan dasar polipirol yang dilapisi politiofen pada asetonitril yang berisi 0,1 M garam (tetrabutilammonium heksafluorophospat (TBAPF 6 )). Laju scan: 10 mv/detik. Gambar 4.22 Voltamogram siklik lapisan dasar polipirol yang dilapisi politiofen pada asetonitril yang xiii 41 43 44 45 46 48 50 51

Gambar 4.23 Gambar 4.24 Gambar 4.25 Gambar 4.26 Gambar 4.27 Gambar 4.28 Gambar 4.29 berisi 0,1 M. garam (tetrabutilammonium heksafluorophospat (TBAPF 6 )) Laju scan: 50 mv/detik. Voltamogram siklik lapisan dasar polipirol yang dilapisi politiofen pada asetonitril yang berisi 0,1 M. garam (tetrabutilammonium heksafluorophospat (TBAPF 6 )). Laju scan: 100 mv/detik. Polimer yang terbentuk pada elektroda kerja dengan mikroskop optik elektroda interdigital emas lapisan bawah polipirol dengan lapisan atas politiofen : Pembesaran 50 kali. Voltamogram siklik lapisan dasar polipirol yang dilapisi poli(3-heksiltiofen) pada asetonitril yang berisi 0,1 M. garam (TBAPF 6 )). Laju scan: 10 mv/detik. Voltamogram siklik lapisan dasar polipirol yang dilapisi poli(3-heksiltiofen)pada asetonitril yang berisi 0,1 M. garam (TBAPF 6 )).Laju scan: 50 mv/detik. Voltamogram siklik lapisan dasar polipirol yang dilapisi poli(3-heksiltiofen)pada asetonitril yang berisi 0,1 M. garam (TBAPF 6 )). Laju scan: 100 mv/detik. Polimer yang terbentuk pada elektroda kerja dengan mikroskop optik elektroda interdigital emas lapisan bawah polipirol dengan lapisan atas poli(3-heksiltiofen) : Pembesaran 50 kali. Voltamogram siklik lapisan atas pirol yang dilapisi monomer 3-metiltiofen pada asetonitril yang berisi 0,1 M. garam (TBAPF 6 )). Laju scan: 10 mv/detik. xiv 52 54 55 57 57 60 61

Gambar 4.30 Voltamogram siklik lapisan atas pirol yang dilapisi monomer 3-metiltiofen pada asetonitril yang berisi 0,1 M. garam (TBAPF 6 )). Laju scan: 50 mv/detik. Gambar 4.31 Voltamogram siklik lapisan atas polipirol yang dilapisi monomer 3-metiltiofen pada asetonitril yang berisi 0,1 M Garam (TBAPF 6 )). Laju scan: 100 mv/detik. Gambar 4.32 Polimer yang terbentuk pada elektroda kerja dengan mikroskop optik elektroda interdigital emas lapisan bawah polipirol dengan lapisan atas poli(3-metiltiofen) : Pembesaran 50 kali. 62 63 65 xv

DAFTAR TABEL Tabel 4.1 Potensial oksidasi pirol pada variasi laju scan. 31 Tabel 4.2 Potensial oksidasi dan potensial reduksi 31 polipirol pada variasi laju scan. Tabel 4.3 Potensial oksidasi tiofen pada variasi laju scan. 37 Tabel 4.4 Potensial oksidasi 3-heksiltiofen pada variasi 43 laju scan. Tabel 4.5 Potensial oksidasi 3-metiltiofen pada variasi laju scan. 48 Tabel 4.6 Potensial oksidasi dengan lapisan dasar 54 polipirol dan lapisan atas tiofen pada variasi laju scan. Tabel 4.7 Potensial oksidasi dengan lapisan dasar 59 polipirol dan lapisan atas 3-heksiltiofen pada variasi laju scan. Tabel 4.8 Potensial oksidasi dengan lapisan dasar 65 polipirol dan lapisan atas 3-metiltiofen pada variasi laju scan. xvi

DAFTAR LAMPIRAN Lampiran A Skema Kerja 71 xvii