Sintesis dan karakterisasi TiO2 terdoping serium dengan metode sol-gel sonikasi

INDONESIA:

TiO2 merupakan semikonduktor yang sering digunakan sebagai material fotokatalis. Penggunaan TiO2 sebagai fotokatalis sering dilakukan dengan menambahkan logam-logam tertentu salah satunya adalah logam Ce untuk menurunkan band gap. Hal ini dikarenakan band gap TiO2 murni memiliki energi yang cukup tinggi yaitu 3,2 eV. Band gap perlu diturunkan untuk menghasilkan fotokatalis yang potensial diaplikasikan pada daerah sinar tampak. Penelitian ini dilakukan dengan menggunakan metode sol-gel sonikasi dengan variasi dopan Ce3+ sebesar 0,3, 0,4, dan 0,5% rasio mol untuk mempelajari pengaruh konsentrasi dopan Ce terhadap karakter struktur, dan band gap dari TiO2. Prekursor yang digunakan yaitu TTIP dan Ce(NO3)3.6H2O. Katalis yang digunakan asam asetat glasial dan pelarut yang digunakan adalah isopropanol. Sonikasi dilakukan dengan menggunakan Ultrasound bath pada frekuensi 40 kHz pada suhu 40ºC selama 90 menit. Proses kalsinasi dilakukan pada 450ºC selama 3 jam. Hasil yang didapatkan dikarakterisasi menggunakan XRD untuk memepelajari karakter struktur, dan UV-Vis DRS untuk mendapatkan karakteristik serapan sinar. Perhitungan nilai band gap juga dilakukan secara komputasi dengan menggunakan metode perhitungan semi-empirik extended huckel.

Hasil penelitian menunjukkan bahwa penambahan dopan Serium memberikan pergeseran puncak pada sudut 2θ = 25° dan tidak merubah bentuk kristal anatas dari TiO2 murni. Logam Ce terdoping dalam TiO2 melalui mekanisme subtitusi ditinjau dari jari-jari ionik Ti dan Ce yang memiliki selisih kurang dari 30%. Hasil nilai band gap dengan nilai paling rendah didapatkan dari TiO2-Ce 0,5%. Hasil penelitian komputasi dengan metode semi empirik extended huckel untuk TiO2-Ce 0,5% juga menunjukkan nilai paling rendah.

ENGLISH:

TiO2 is a semiconductor that is often used as a photocatalyst material. Use of TiO2 as a photocatalyst is often done by doping certain metals, one of that is Ce metal to reduce band gap energy. This is because the pure TiO2 band gap energy has a high energy of 3.2 eV. Band gap energy needs to be reduced to provide photocatalytic activity in the visible light region. This research was conducted using the sol-gel sonication method with Ce3+ dopant variations of 0.3, 0.4, and 0.5% mol to study the effect of Ce dopant concentration on structural character, band gap energy, and electron-hole recombination of TiO2. The precursors that used was TTIP and Ce(NO3)3.6H2O. The catalyst used was glacial acetic acid and the solvent used was isopropanol. Sonication was carried out using Ultrasound bath at a frequency of 40 kHz at 40ºC for 90 minutes. The calcination process was carried out at 450ºC for 3 hours. The obtained result were characterized using XRD to study the structure characteristic and UV-Vis DRS to study light absorption characteristic of material. Band gap of material was also calculated computationally using semi-empiric extende huckel calculation method.

The results showed that the addition of Cerium dopant gave peak shift at 2θ = 25° and not change the anatase crystal of pure TiO2. The Ce metal was doped in TiO2 by substitution mechanism in terms of the ionic radii of Ti and Ce which have a difference less than 30%. The result of the band gap energy showed that the lowest energy was obtained from TiO2-Ce 0.5%. The results of computational research using the extended huckel semi-empirical method for TiO2-Ce 0.5% also showed the lowest value.

ARABIC:

TiO2 هو شبه موصل يستخدم مواد محفز ضوئي غالبًا.واكثار استخدامها كمحفز ضوئي بزيادة معادن الخص، أحدها معدن سيريوم لتقليل طاقة فجوة الفرقة. لأنها من TiO2 الصفي لديها طاقة عالية وهي ۳,۴ فولت. يلزم خفض طاقة فجوة الفرقة لإنتاج محفز ضوئي يمكن تطبيقها على منطقة الضوء المرئي. هذا البحث يفعل باستخدام طريقة سول-جيل الصوتنة مع اختلاف تكوين Ce3+ من ۰,۳، ۰,۶، و۰,۵٪ نسبة مول لدراسة تأثير كثافة سيريوم على الصفة الهيكلية وطاقة فجوة الفرقة من TiO2. كانت السلائف المستخدمة هي TTIP و Ce(NO3)3.6H2O. المحفز المستخدم هو حمض الأسيتيك الجليدي والمذيب المستخدم هو الأيزوبروبانول. العملية الصوتنة يستخدم علي حمام الصوتنة بتردد ۶۰ كيلو هرتز عند ۶۰ درجة مئوية لمدة ۹۰ دقيقة. تم إجراء عملية التكليس عند درجة حرارة ۶۵۰ درجة مئوية لمدة ۳ ساعات. تم توصيف النتائج باستخدام XRD لدراسة الخصائص الهيكلية ، و UV-Vis DRS للحصول على خصائص امتصاص الضوء. حسبت ايضا باستخدام طريقة الحساب شبه التجريبية extended huckel.

أظهرت النتائج أن زيادة سيريوم أعطت ذروة إزاحة بزاوية 2θ = 25° ولم تغير شكل بلورة ـانتاس من TiO2 الصفي. معدن سيريوم مدر في TiO2 من خلال آلية إحلال من حيث أنصاف الأقطار الأيونية لـ تيتانيوم و سيريوم والتي يكون فرقها أقل من ۳۰٪. طاقة فجوة الفرقة الاسفل من هذه البحث TiO2-Ce ۰,۵٪ بقيمة ۱,۹۴ فولت. أظهرت نتائج البحث الحسابي باستخدام طريقة الممتدة شبه extended huckel لـ TiO2-Ce ۰,۵٪. أقل قيمة قدرها ۱,۵۶۸۸ فولت.