Sintesis dan Karakterisasi Fotokatalis Titanium Dioksida (TiO2) Terdoping Vanadium (III) 0,3 % Variasi Temperatur Kalsinasi menggunakan Metode Sonikasi

ABSTRAK

Material semikonduktor TiO2 memiliki tiga fasa struktur yaitu anatas, rutil dan brukit, struktur yang memiliki aktivitas fotokatalis yang paling tinggi adalah anatas, dengan energi celah pita anatas sekitar 3,2 eV yang setara dengan cahaya UV dengan panjang gelombang 388 nm. Modifikasi TiO2 anatas diperlukan untuk memperlebar aktivitas fotokatalis di daerah sinar tampak (400-900 nm). Salah satu upaya untuk meningkatkan aktivitas fotokatalis TiO2 anatas di daerah sinar tampak adalah dengan menambahkan dopan vanadium (III) 0,3 %. Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui karakteristik struktur, daerah serapan sinar, energi celah pita, dan modus vibrasi khas TiO2 yang dikalsinasi pada variasi suhu 110oC (tanpa kalsinasi) dan suhu kalsinasi 400, 500, 600, 700oC.

Penelitian ini menggunakan metode sintesis sonikasi bath yang bekerja pada gelombang ultrasonik. Karakterisasi menggunakan instrumen antara lain X-Ray Difraction (XRD) serbuk untuk mengetahui karakteristik struktur, Diffuse Reflectance Spectroscopy (DRS) untuk mengetahui energi celah pita dan daerah serapan sinar, Spektroskopi raman untuk mengetahui modus vibrasi TiO2, dan X-Ray Flourocence (XRF) untuk mengetahui konsentrasi dopan logam vanadium yang ada dalam material TiO2-V.

Hasil penelitian menunjukkan bahwa penambahan doping vanadium (III) 0,3 % dan variasi suhu kalsinasi dapat mengubah transformasi fasa struktur TiO2 anatas menjadi rutil. Transformasi fasa rutil mulai terbentuk pada suhu 600ºC dan menghasilkan 100% fasa rutil pada suhu 700ºC. Energi celah pita masing-masing TiO2 tanpa doping, TiO2-V 400, 500, 600 dan 700ºC adalah 3,10; 3,02; 3,05; 2,92 dan 2,29 eV. Penurunan energi celah pita yang semakin kecil akan mengakibatkan aktivitas fotokatalis membutuhkan energi yang lebih kecil atau sinar dengan panjang gelombang yang lebih besar. Modus vibrasi khas TiO2 anatas muncul pada bilangan gelombang 146, 396, 517 dan, 639 cm-1 juga sedikit pada rentang 196 cm-1. Sedangkan modus vibrasi TiO2 rutil muncul pada bilangan gelombang 238, 441 dan, 611 cm-1.

ABSTRACT

TiO2 semiconductor material has three of phase structure, which are anatase, rutile, and brokite, anatase structure has the highest activity as photocatalyst material with band gap value around 3.2 eV (388 nm). Modification of TiO2 anatase is necessity to increase the photocatalyst activity on visible area (400-900 nm). Strategy to increase the photocatalyst activity of TiO2 anatase in visible area are use vanadium (III) 0.3% dopan. The purpose of this research are to know the structure, light absorption area, band gap energy, and vibration mode characteristics of TiO2 which calcinated on temperature variation 110oC (without calcination) and temperature calsination 400, 500, 600, and 700oC.

This research use ultrasound irradiation using sonication bath. Characterization using X-Ray Diffraction (XRD) to know the structure characteristic, characterization using Diffuse Reflectance Spectroscopy to know the band gap and light absorption area, characterization using Raman Spectroscopy to know the vibration mode TiO2, and characterization using X-Ray Fluorescence (XRF) to know the concentration of vanadium dopan of TiO2 material.

XRD data show that vanadium (III) 0,3% and variation of temperature undergo the phase transformation of TiO2 anatase into rutile phase transformation occured initially at 600oC and resulting 100% rutil phase at 700oC. The band gap energy of TiO2 without doping, TiO2-V 400, 500, 600, and 700oC were respectively 3.10, 3.02; 3.05; 2.92; and 2.29 eV. Decreasing of band gap energy gave occasion to photocatalyst activity occure at low energy or high wavelength. Raman spectra of TiO2 anatase were detected on wavenumber 146, 396, 517, and 639 cm-1 also a bit on range 196 cm-1. Whereas the vibration mode of TiO2 rutile were detected on wavenumber 238, 441, 611cm-1.

مستخلص البحث

لأشباه الموصلات من ثانى أكسيد التيتانيوم(TiO2) ثلاث مراحل هيكل الشكل، هن أناتاس وروتيل وبروكيت، لأناتاس أعلى نشاط لضوئى بفحوة حزمة الطا قة 3،2 eV ,التى تساوى مع الأ شعة فو ق البنفجية بطول الموجى 388 نم. الهد ف من تعد يل ثانى أكسد التيتانيوم (TiO2) لأناتاس هو لتو سع نشالم الطوئى. في منطقة الضوء المرئى (800-400) نم. إحدى منجد لتحسين نشاط الضوئى من ثانى أكسد التيتانيوم (TiO2) لأناتاس فى منطقة الضوء المرئى هوإضافة إشابة الفاناديوم )111)0،3%. الهرف من هذا البحث هوتعريف الحصائص الهيكل ومنطقة إمتصاص الأشقة و فجوة حزمة الطا قة و طريقة الأهتزاز الخاص الثانى أكسيد التيتانيوم (TiO2) الذى يكلس فى إحتلاف درجة الحوارة 110(دون النكليس) و 400 و500 و600 و 700.

يستخدم هذا البحث طريقة توليف صوتنة فى الموجات فو ق الصوتية. الأدوات التى تستخدم فى هذا البحث هن حيود أشعة السينية فى المسحوق لتعريف خصائص الهيكل. ومنتشر إنعكاس الطبغى لتعريف فجوة حزمة الطاقة وسطقة إمنصاص الأشعة، ورامان الطبغى لتعريف طريقة الأهتزار من ثانى أكسيد التيتانيوم (TiO2) ومضان أشعة السينية لتعريف نركيزإشابة معدن الفاناديم الذى يكون فى مادة ثانى أكسيد التيتانيوم (TiO2) - الفاناديوم.

أظهرت التنئح أن زيادة مستطات الفناديم 0,3% وإختلاف درجة حرارة التكليس يستطعان أن يغيرا هليكل مرحلة ثانى أكسيد التيتانيوم (TiO2) فى الأناتاس إلى الروتيل فى درجة حرارة التكليس 700 .كل من مجوة حرمت الطاقة من ثانى أكسيد التيتانيوم (TiO2) دون الأشابة غيرالفاديوم, وثانى أكسيد التيتانيوم (TiO2) والفاناديوم 400 و 500 و 600 و700 هن٣,10 و ٣٬02 و ٣٬05 و 2٬92 و2٬٢9 eV. إنخفاض نجوة حرمة الطاقة يؤدى الى نساط الضوض يتطلب أفل الطاقة أو أكبر طول الموجى من الأ شعة. ظهر طريقة الأ سترار الخصة من ثانى أكسيد التيتانيوم فى لأناتاس فى طولى الموحى 146 و 396 و 517 و 639 cm-1, وقليل من 196 cm-1, ظهر طريقة الأ سترار من ثانى أكسيد التيتانيوم (TiO2) الروتيل فى طولى الموحى 238 و 441 و 611 cm-1.