Sintesis dan karakterisasi ZnO terdoping lantanum (III) dengan variasi konsentrasi dopan menggunakan metode hidrotermal

ABSTRAK:

ZnO merupakan salah satu material yang dapat digunakan untuk proses fotokatalisis karena memiliki lebar energi celah pita yaitu 3,20-3,37 eV. Namun, energi celah pita tersebut kurang aktif pada sinar tampak. Oleh karena itu, perlu penambahan dopan untuk menurunkan energi celah pita atau menurunkan laju rekombinan dari proses fotokatalisis. Selain mengetahui efek penambahan dopan lantanum untuk menurunkan energi celah pita atau laju rekombinan, penelitian ini bertujuan untuk mengetahui karakteristik struktur, serapan sinar, dan energi celah pita fotokatalisis ZnO terdoping lantanum (III).

Sintesis material ZnO dalam penelitian ini menggunakan metode hidrotermal pada variasi konsentrasi dopan 0; 1; 1,5; dan 2% dengan suhu hidrotermal 150 °C selama 12 jam dan suhu kalsinasi 300 °C selama 1 jam. Sampel hasil sintesis dikarakterisasi menggunakan XRD dan UV-Vis DRS.

Hasil penelitian menunjukkan bahwa data difraksi sinar-X menujukkan terbentuknya fase ZnO dengan struktur kristal hexagonal wurtzite dalam grup ruang P63mc. Terdapat perbedaan dalam intensitas pada konsentrasi 1 dan 1,5%, yang berhubungan dengan penurunan crystallite size. Berdasarkan pengukuran UV-Vis DRS, diketahui bahwa ZnO-La 1,5% memiliki kemampuan penyerapan sinar UV yang lebih tinggi, sementara ZnO-La 0% lebih efektif dalam menyerap sinar tampak. Selain itu, ZnO-La 0% memiliki energi celah pita yang paling rendah, yaitu sekitar 3,07 eV (404,17 nm).

ABSTRACT:

ZnO is one of the materials that can be used for photocatalysis processes because it has a wide band gap energy, which is 3.20-3.37 eV. However, this band gap energy is less active in visible light. Therefore, the addition of dopants is necessary to decrease the band gap energy or reduce the recombination rate in the photocatalysis process. In addition to understanding the effect of adding lanthanum dopants to lower the band gap energy or recombination rate, this study aims to investigate the structural characteristics, light absorption, and band gap energy of lanthanum (III)-doped ZnO.

The synthesis of ZnO materials in this study employed the hydrothermal method with varying dopant concentrations of 0, 1, 1.5, and 2% at a hydrothermal temperature of 150°C for 12 hours and a calcination temperature of 300°C for 1 hour. The resulting synthesis samples were characterized using XRD and UV-Vis DRS.

The research findings indicate that X-ray diffraction data reveal the formation of the ZnO phase with a hexagonal wurtzite crystal structure in space group P63mc. Differences in intensity were observed at concentrations of 1 and 1.5%, which are related to a decrease in crystal size. Based on UV-Vis DRS measurements, it is observed that ZnO-La 1,5% exhibits higher UV light absorption capability, whereas ZnO-La 0% is more effective at absorbing visible light. Additionally, ZnO-La 0% has the lowest bandgap energy, approximately 3.07 eV (404.17 nm).

ملخص البحث:

ZnO هي إحدى المواد التي يمكن استخدامها في عملية التحفيز الضوئي لأنها تحتوي على فجوة واسعة في نطاق الطاقة تتراوح بين ٣.٢٠-٣.٣٧ فولت. ومع ذلك، فإن طاقة فجوة النطاق أقل نشاطا في الضوء المرئي. لذلك، من الضروري إضافة دوبانت لخفض طاقة فجوة النطاق أو تقليل معدل المؤتلف لعملية التحفيز الضوئي. بالإضافة إلى معرفة تأثير إضافة اللانثانوم دوبانت لتقليل طاقة فجوة النطاق أو معدل المؤتلف، يهدف هذا البحث إلى تحديد خصائص البنية، وامتصاص الضوء، وطاقة فجوة نطاق التحفيز الضوئي لتباين تركيز (الثالث) ZnO

تخليق مادة ZnO في هذه الدراسة باستخدام الطريقة الحرارية المائية عند تباين تركيز دوبانت٠؛ ١; ١٫٥; و ٢٪ مع درجة حرارة حرارية مائية تبلغ ١٥٠ درجة مئوية لمدة ١٢ ساعة ودرجة حرارة تكليس ٣٠٠ درجة مئوية لمدة ساعة واحدة. تم توصيف العينات المركبة باستخدام XRD و UV-Vis DRS.

أظهرت النتائج أن بيانات حيود الأشعة السينية أظهرت تكوين طور ZnO ببنية بلورية سداسية الشكل في مجموعة غرفة (P63mc). هناك اختلاف في الشدة بتركيزات ١ و ١٫٥٪ ، وهو ما يرتبط بانخفاض في حجم البلورات. استنادا إلى قياسات الأشعة المرئية وفوق البنفسجية DRS ، من المعروف أن ZnO-La ١٫٥٪ لديه قدرة أعلى على امتصاص الأشعة فوق البنفسجية، في حين أن ZnO-La ٠٪ أكثر فعالية في امتصاص الضوء المرئي. بالإضافة إلى ذلك، فإن ٠٪ ZnO-La لديها أقل طاقة فجوة نطاق، والتي تبلغ حوالي ٣٫٠٧ فولت (٤٠٤٫١٧ نانومتر)