Pembuatan dan Karakterisasi Struktur dan Morfologi Lapisan ZnO:Al/GO Submicron-Rods sebagai Material Aktif Fotokatalis

Abstract

Abstrak. Fotokatalis merupakan reaksi perpaduan antara fotokimia dan katalis yang dapat digunakan sebagai aplikasi penjernihan air. Dalam upaya untuk meningkatkan kemampuan fotokatalitik dari senyawa ZnO, dilakukan penambahan dopan Al dan senyawa GO pada proses sintesis. Tahapan pertama pembuatan lapisan ZnO, ZnO:Al, ZnO:Al/GO dan ZnO:GO dibuat melalui 2 tahapan, yaitu proses pelapisan seed layer dengan prekursor Zn(CH3COO)2 2H2O dan AlCl3 0,5 % massa (wt%) sebagai dopan. Tahapan kedua adalah proses penumbuhan rods dengan prekursor Zn(NO3)2·6H2O serta 0,5 wt% AlCl3 dan 0,5 wt% GO sebagai material dopan. Berdasarkan hasil karakterisasi SEM lapisan ZnO:Al/GO menunjukkan adanya penurunan ukuran partikel akibat pengaruh doping Al serta pertumbuhan submicron-rods yang tidak beraturan akibat adanya perilaku self-attraction antar batang (rods). Penambahan senyawa GO (terdispersi di air) pada proses sintesis mampu meningkatkan ukuran rods dibandingkan ZnO murni. Hal ini kemungkinan disebabkan oleh perubahan pH larutan prekursor, dimana pH larutan GO cenderung bersifat basa. Hasil karakterisasi XRD menunjukkan bahwa seluruh sampel lapisan memiliki struktur kristal hexagonal wurtzite dengan arah kristal dominan terhadap sumbu-c. Seluruh sampel tersebut kemudian diuji fotokatalitiknya dengan menggunakan larutan uji yang mengandung senyawa Methylene blue (MB). Untuk mengetahui kinetika degradasi senyawa MB, dilakukan pengukuran spektrum absorbansi setiap rentang waktu tertentu menggunakan spektrometer UV-Vis. Berdasarkan hasil uji fotokatalis diketahui bahwa kandungan MB terdegradasi secara eksponensial sebagai fungsi waktu polynomial orde 2. Diketahui bahwa lapisan ZnO:Al/GO memiliki kemampuan mendegradasi MB sebanyak 1,9 mikrogram/mg dalam waktu uji 300 menit dibawah penyinaran lampu UV. Abstract. Photocatalyst is a combination reaction between photochemical and catalyst to be used in water purification applications. To increase the photocatalytic ability of ZnO, Al and GO were used as dopants. Preparation of ZnO, ZnO: Al, ZnO:Al/GO and ZnO: GO layers were prepared in 2 steps, firstly is seed layer preparation using Zn(CH3COO)2.2H2O and 0.5 (wt%) of AlCl3 as precursor and dopant, respectively. Secondly, is growing ZnO rods using Zn (NO3)2·6H2O as a raw material, 0.5 (wt%) AlCl3 and 0.5 (wt%) GO as dopant materials. Based on SEM characterization, the addition of Al dopant can decrease the particle size and shows irregular growth of submicro-rods due to self-attraction behavior between rods. The addition of GO compound (dispersed in water) during synthesis process increases the rods size compared to pure ZnO. These phenomena probably caused by changes in pH precursor solution became more basic, due to the pH value of GO solution tends to basic. The XRD characterization results for all samples shows hexagonal wurtzite crystal structure with preferred dominantly c-axis orientation. The photocatalytic activity was investigated by using Methylene blue (MB) solution. To determine the degradation kinetics of MB by involved each catalyst materials,