Pengaruh konsentrasi ammonium sulfat terhadap sifat listrik material exfoliated graphite dengan menggunakan metode electrochemichal exfoliation

ABSTRAK

Electrochemichal exfoliation dianggap sebagai metode yang mudah dan murah dan dapat diterapkan untuk produksi skala besar. Exfoliated graphite (EG) memiliki keunggulan yang mirip dengan graphene. Namun, penggunaan asam kuat yang umumnya digunakan dalam proses pengelupasan menyebabkan banyak cacat pada graphene. Untuk mencegah kerugian tersebut, dilakukan penelitian menggunakan larutan amonium sulfat ((NH4)2SO4) sebagai elektrolit dengan variasi 0,05 M, 0,1 M, 0,15 M, 0,2 M, dan 0,25 M untuk mengetahui pengaruh variasi konsentrasi amonium sulfat terhadap sifat listrik bahan EG. Sebelum proses pengelupasan, dilakukan pre-treatment sederhana, yaitu dengan merendam prekursor grafit dalam larutan asam sulfat pekat (H2SO4) dan Hidrogen peroksida (H2O2) dengan perbandingan 95:5 untuk memperlebar jarak antar lapisan lembaran grafit untuk proses eksfoliasi elektrokimia yang optimal. EG yang dihasilkan dikarakterisasi menggunakan uji XRD, UV-Vis, FTIR, SEM dan LCR-Meter. Berbagai konsentrasi amonium sulfat mempengaruhi sifat listrik dari grafit terkelupas (EG). Hasil XRD menunjukkan bahwa sampel yang dieksfoliasi menggunaakan ammonium sulfat 0,25 M memiliki jarak antar layer (d) terbesar yaitu 3,387 Å dan ukuran kristalit (D) terkecil 11,465 nm serta memiliki konduktivitas listrik 7,89 x 10-4 S/cm dan kapasitansi area 5,06 x 10-11 F/cm2. Sampel memiliki bandgap terkecil pada variasi 0,25 M sebesar 4,41 eV. Penambahan konsentrasi ammonium mempengaruhi gugus fungsi yang terbentuk pada sampel.

ABSTRACT

Electrochemical exfoliation was considered an easy and inexpensive method and applicable for mass-scale production. Exfoliated graphite (EG) had an advantage similar to graphene. However, the use of strong acids which were generally used in the exfoliation process causes many defects in the graphene. To prevent these disadvantages, this research has used the solution of ammonium sulfate ((NH4)2SO4) as an electrolyte with variations of 0,05 M; 0,1 M; 0,15 M; 0.2 M, and 0.25 M to know the effect of variations in the concentration of ammonium sulfate on the electrical properties of EG material. Before the exfoliation process, a simple pre-treatment was carried out, by immersing the graphite precursor in a concentrated sulfuric acid solution (H2SO4) and Hydrogen peroxide (H2O2) with a ratio of 95:5 to widen the interlayer distance in graphite sheets for the optimum electrochemical exfoliation process. The resulting EG was characterized using XRD, UV-Vis, FTIR, SEM and LCR-Meter. The various concentration of ammonium sulfate affects the electrical properties of exfoliated graphite (EG). The XRD results showed that the sample exfoliated using 0,25 M ammonium sulfate have the largest distance between layers (d-spacing) 3,387 Å and the smallest crystallite size (D) 11,465 nm and had an electrical conductivity of 7,89 x 10-4 S/cm and an capacitance area of 5,06 x 10-11 F/cm2. The sample has the smallest bandgap at variation 0,25 M of 4,41 eV. The addition of ammonium concentration affects the functional groups formed in the sample.

خلاصة

يعتبر التقشير الكهروكيميائي طريقة سهلة وغير مكلفة وقابلة للتطبيق على نطاق واسع. يتميز الجرافيت المقشر (EG) بميزة مماثلة للجرافين. ومع ذلك ، فإن استخدام الأحماض القوية التي كانت تُستخدم عمومًا في عملية التقشير يسبب العديد من العيوب في الجرافين. لمنع هذه العيوب ، استخدمت هذه الورقة محلول كبريتات الأمونيوم ((NH4)2SO4) كإلكتروليت مع تغيرات قدرها 0.05 M ؛ 0,1 M؛ 0,15 M؛ 0,2 M؛ 0,25 M لمعرفة تأثير التغيرات في تركيز كبريتات الأمونيوم على الخواص الكهربائية لـ EG. قبل عملية التقشير ، تم إجراء معالجة أولية بسيطة ، عن طريق غمر سلائف الجرافيت في محلول من حمض الكبريتيك المركز (H2SO4) وبيروكسيد الهيدروجين (H2O2) بنسبة 95:5 لتوسيع مسافة الطبقة البينية في صفائح الجرافيت. عملية التقشير الكهروكيميائية المثلى. تم تصنيف EG الناتج باستخدام XRD و UV-Vis و FTIR و SEM و LCR-Meter. يؤثر التركيز المتغير لكبريتات الأمونيوم على الخواص الكهربائية للجرافيت المقشر (EG). أظهرت نتائج XRD أن العينة المقشرة بكبريتات الأمونيوم 0,25 M لها أكبر مسافة بين الطبقات (d)Å 3,387 و أصغر حجم بلوري(D) 11,465 نانومتر ولها موصلية كهربائية 7,89 x 10-4 S/cm و مساحة سعة 10-11 F/cm2 × 5,06. تؤدي إضافة تركيز كبريتات الأمونيوم إلى تقليل فجوة حزمة العينة وتؤثر أيضًا على المجموعات الوظيفية المتكونة في العينة.