## SINTESIS DAN KAJIAN SIFAT OPTIK DAN POLA-POLA DIFRAKSI SINAR-X SENYAWA KOMPLEKS 1,10 PHENANTHROLINE

## Zakarias Seba Ngara
Program Studi Fisika, Fakultas Sains dan Teknik,Universitas Nusa Cendana, Jl.Adi Sucipto, Penfui Kota Kupang, 85148, Indonesia E-mail: zakariasngara@staf.undana.ac.id

## Abstrak
Proses sintesis senyawa 1,10 phenanthroline (Phen) dengan logam europium dan kajian sifat-sifat optik  dan  pola-pola  difraskinya  telah  dilakukan.  Tujuan  penelitian  ini  adalah  untuk menginvestigasi  spektrum  serapan  dan  photopluminescence  serta  pola-pola  difraksi  senyawa kompleks  Phen-Eu.    Berdasarkan  hasil-hasil  analisis data,  senyawa  kompleks  Phen-Eu  memiliki serapan  dari  200  sampai  dengan  375  nm  dengan  celah  energinya  adalah  3,3  eV.  Pola-pola difraksi  sinar-X  senyawa  kompleks  Phen-Eu  terdiri  atas  pola-pola difraksi  sinar-X  antara  Phen dan europium.
Kata kunci: Sintesis; Phenanthroline; Europium; Sifat optik; Sinar-X

## Abstract
The synthesis process of 1,10-phenanthroline (Phen) compound with europium metal and the study on  its  optical  properties  and  X-ray diffraction  patterns  (XRD)  have  been  conducted.  The  aim  of this research is to investigate  the absorption and PL spectra as well as XRD patterns of complex compound of Phen-Eu. According to the data analysis results, complex compound of Phen-Eu had absorption  from  200  to  275  nm  with  its  energy  gap  of  3.3  eV.  The  XRD  patterns  of  complex compound of Phen-Eu consist of XRD patterns between Phen and europium.
Keywords : Synthesis;  Phenanthroline; Europium; Optical properties; X-ray

## PENDAHULUAN
Senyawa  1,10-Phenanthroline  (Phen) merupakan  salah  satu  senyawa  konjugasi ( conjugated compound ) yang mengandung dua atom  nitrogen[1,2].  Kandungan  atom  nitrogen ini menyebabkan senyawa Phen dapat berinteraksi  atau  berikatan  dengan  berbagai jenis  logam  termasuk  logam-logam  lantanida seperti terbium (Tb), europium (Eu), samarium (Sm),  dan  lain-lain.  Ion-ion  logam  Eu 3+ ,  Tb 3+ dan  Sm 3+ memiliki  beberapa  sifat  optik  yang khas ketika berikatan dengan senyawa organik antara  pancaran  emisinya  tajam  dan  tinggi ketika diradiasi dengan sinar ultraviolet, waktu paruh  (lifetime)  emisinya  dan  pergeserannya stokesnya  besar[3,4].  Selain  itu,  daerah  emisi ketiga  ion  logam  lantanida  tersebut  berada dalam  daerah  visibel[2,5–8].  Pancaran  emisi yang  tajam  dari  ion-ion  logam  lantanida  ini berasal  dari  transisi  elektron-elektron  pada orbital  4f[2,5].  Akan  tetapi,  adanya  transisi elektron  terlarang  anatra  f-f  yang  disebut Laporte-forbidden  f-f  electronic  transitions
menyebabkan eksitasi langsung elektron dalam ion logam lantanida tidak efisien dan memiliki koefisien serapan yang rendah, dan photoluminesensnya juga rendah[3,5,6]. Untuk mengatasi kekurangan ion-ion logam lantanida ini,  ion-ion  logam  lantanida  harus  berikatan dengan  senyawa-senyawa  organik  konjugasi melalui  proses  transfer  energi  dari  senyawa organik  sebagai  ligand  ( donor )  ke  ion-ion logam  lantanida  sebagai  akseptor  [1,2,4,6,9]. Sejauh ini pemanfaatan logam-logam lantanida yang  berkoordinasi  dengan  senyawa  organik antara  lain organic  light  emiiting  diode (OLED),  sensor,  penguat  sinyal  optik,  sensor, solar cell, dan lain-lain[2,4,10,11].
Pada  tahun  2004,  Yasuda,  dkk  telah mensintesis  senaywa  Phen  dengan europium (Eu) dibenzoylmethane (dbm) hidrate {Eu(dbm) 3 H 2 O} dan mengkaji spektrum serapan dan photoluminesens (PL)[1,2]. Dalam penelitian ini,  senyawa Phen disintesis  dengan europium thenoltrifluoroacetonate (tta)
trihidrate  {Eu(tta) 3 .3H 2 O}  untuk  membentuk
senyawa komplek Phen-Eu dan
menginvestigasi  spektrum  serapan,  PL    dan pola-pola  difraski  sinar-Xnya.  Munculnya puncak-puncak  emisi  pada  570,  590,  612  dan 625 nm dalam senyawa Phen-Eu menunjukkan terjadinya  perpindahan  energi  dari  Phen sebagai  donor  ke  ion  Eu 3+ sebagai  akseptor yang dapat dimanfaatkan sebagai sebahan aktif pada piranti OLED dan sensor.

## METODE PENELITIAN
Sintesis Phen dengan Eu(tta) 3 .3H 2 O Senyawa  Phen  dengan  konsentrasi 1mg/mL  dalam  tetrahidrofuran  direaksikan dengan  Eu(tta) 3 .3H 2 O  dengan  konsentrasi 1mg/mL  dalam  methanolpada  suhu  kamar. Proses  perpindahan  energi  terjadi  secara langsung dari Phen ke logam Eu.

## Pengukuran  spektrum  serapan,  PL  dan pola-pola difraksi sinar-X
Spektrum  serapan  dan  PL  dari  Phen, Eu(tta) 3 .3H 2 O  dan  Phen-Eu  diukur  dengan spektroskopi  UV-Vis  model  Jasco  570  dan spektroskopi  FR-6000.  Sedangkan  pola-pola difraksi  sinar  X  diukur  dengan  peralatan difraksi sinar-X model Zhimadzu.

## HASIL DAN PEMBAHASAN
Senyawa  Phen  merupakan  molekul konjugasi  dengan  dua  atom  nitrogen  dalam struktur  molekulnya.  Senyawa.  Ketika  Phen disintesis  dengan  Eu(tta) 3 .3H 2 O,  logam  Eu akan berikatan dengan dua atom Nitrogen dari Phen seperti yang ditunjukkan pada Gambar 1. Gambar  2  menunjukkan  spektrum  serapan Phen,  Eu  dan  Phen-Eu.  Bentuk  sampel  Phen, Eu  dan  Phen-Eu  dalam  mengukur  spektrum serapan  adalah  lapisan  tipis  ( thin  film )  di  atas substrate kaca.  Senyawa  Phen  memiliki jangkauan  serapan  antara  200  dan  300  nm. Artinya  Phen  memiliki  serapan  pada  daerah ultraviolet.  Senyawa  Eu(tta) 3 .3H 2 O  memiliki jangkauan serapan dari 200 sampai dengan 385 nm.  Ketika  Phen  berinteraksi  dengan  logam Eu,  senyawa  Phen-Eu  memiliki  jangkauan serapan dari 200 sampai dengan 275 nm. Hasil ini menunjukkan bahwa logam Eu memperbesar jangkauan serapan Phen. Berdasarkan  Gambar  2,  nilai  celah  energi Phen, Eu(tta) 3 .3H 2 O dan Phen-Eu masing-
Gambar 1. Ikatan Phen dengan Eu masing  adalah 4,1, 3,22,  dan  3,31  eV.  Logam Eu menyebabkan penurunan celah energi Phen dari  4,1  eV  menjadSi  3,31  eV.    Nilai  celah energy  Phen  sebesar  4,1  eV  ini  bersesuai dengan indeks biasnya sebesar 1,81.
Gambar  2  .  Spekrtum  serapan  Phen,  Eu  dan Phen-Eu
Spektrum  PL  Phen  sebelum  dan sesudah disintesis dengan logam Eu ditunjukkan  pada  Gambar  3.  Sisipan  pada Gambar 3 menunjukkan warna pendaran Phen- Eu ketika diradiasi dengan lampu UV 365 nm. Bentuk  sampel  Phen,  Eu  dan  Phen-Eu  dalam mengukur  spektrum  PL  adalah  lapisan  tipis ( thin  film ) di  atas substrate kaca.  Ketika Phen disintesis  dengan  logam  Eu,  emisi  Phen menurun  sampai  100%  dan  emisi  Eu meningkat tajam yang ditandai dengan muncul puncak-puncak  emisi  pada  570,  590,  612  dan 625  nm.  Puncak-puncak  emisi  ini  masing- masing diwakilih oleh transisi  5D 0 → 7F 0 , 5D 0 →  7F 1 ,  5D 0 →  7F 2 ,  dan  5D 0 →  7F 2 dengan intensitas  emisi  tertinggi  terjadi  pada  612  nm (5D 0 → 7F 2 ). Munculnya puncak-puncak emisi menunjukkan  bahwa  perpindahan  energi  dari Phen  ke  logam  Eu  telah  terjadi[2,5,9,12–14]. Puncak  emisi  pada  612  dan  625  nm  ini bersesuain  dengan  warna  pendaran  merah  dari senyawa Phen-Eu
Gambar  3.  Spekrtum  PL  Phen  dan  Phen-Eu. Sisipan:  warna  pendaran  Phen-Eu ketika  diradiasi  dengan  lampu  UV- 365 nm
Gambar  4.  Pola-pola  difraksi  sinar-X  dari Phen, Eu dan Phen-Eu.
Pola-pola  difraksi  sinar-X  dari  Phen, Eu  dan  Phen-Eu  ditunjukkan  pada  Gambar  4. Bentuk  sampel  Phen,  Eu  dan  Phen-Eu  dalam mengukur  pola-pola  difraksi  sinar-X  adalah lapisan  tipis  ( thin  film )  di  atas substrate kaca Berdasarkan  Gambar  4,  senyawa  Phen, Eu(tta) 3 .3H 2 O dan Phen-Eu merupakan material kristal. Pola-pola difraksi sinar-X dari Phen-Eu  merupakan  gabungan  pola-pola difraksi  sinar-X  antara  Phen  dan  Eu.  Akan tetapi  beberapa  puncak  difraksi  sinar-X  dari Phen dan Eu tidak muncul pada Phen-Eu.

## SIMPULAN
Sintesis  Phen  dengan  logam  Eu  dari Eu(tta) 3 .3H 2 O  telah menghasilkan  senyawa kompleks  Phen-Eu.  Sintesis  Phen  dengan logam Eu menyebabkan melebarnya jangkauan serapan  Phen  dan  nilai  celah  energinya mengecil. Proses perpindahan energi dari Phen sebagai  donor  ke  logam  Eu  sebagai  akseptor telah  terjadi  yang  ditandai  dengan  munculnya puncak-puncak  emisi  pada  570,  590,  612  dan 625 nm pada senyawa Phen-Eu. Juga pola-pola
diifraksi  sinar-X  dari  Phen-Eu  merupakan pola-pola  difraksi  sinar-X  dari  Phen  dan  Eu. Adanya  puncak  emisi  yang  tajam  pada    612 nm akan membuka peluang pemanfaatan Phen- Eu  sebagai  material  aktif  pada  light  emiiting diode (LED).

## DAFTAR PUSTAKA
[1] Yasuda, T., Yamaguchi, I., and Yamamoto,  T.,  2003,  A  New  Soluble 1,10-Phenanthroline-Containing π- Conjugated  Polymer:  Synthesis  and Effect of Metal Complexation on Optical Properties, Adv. Mater. , 15 (4),  pp. 293– 296.
[2] Ritchie,  J.,  Ruseckas,  A.,  André,  P., Münther,  C.,  Van  Ryssen,  M.,  Vize,  D. E., Crayston, J. A., and Samuel, I. D. W., 2009,  Synthesis  and Lanthanide-Sensing Behaviour of Polyfluorene/1,10- Phenanthroline Copolymers, Synth. Met ., 159 (7–8), pp. 583–588. [3] Singh, D., Singh, K., Bhagwan, S., Saini, R.  K.,  Srivastava,  R.,  and  Singh,  I., 2016, Preparation and Photoluminescence Enhancement in
Terbium(III) Ternary Complexes with β- Diketone  and  Monodentate  Auxiliary Ligands, Cogent Chem ., 2 (1), pp. 1–11.
[4] Kido,  J.,  Ikeda,  W.,  Kimura,  M.,  and Nagai,  K.,  1996,  White-Light-Emitting Organic Electroluminescent Device
Using  Lanthanide  Complexes, Jpn.  J.
Appl.  Phys ., 35 (Part  2,  No.  3B),  pp. L394–L396.
[5] Singh,  A.  K.,  Singh,  S.  K.,  Mishra,  H., Prakash,  R.,  and  Rai,  S.  B.,  2010, Structural,  Thermal  and  Fluorescence Properties  of  Eu(Dbm)3Phenx  Complex Doped  in  PMMA, J.  Physc.  Chem.  B , 114 , pp. 13042–13051.
[6] Narayana,  Y.  S.  L.  V., Baumgarten,  M., Müllen, K., and Chandrasekar, R., 2015,
Tuning the Solid State Emission of Thin Films/Microspheres Obtained from Alternating Oligo(3-Octylthiophenes) and 2,6-Bis(Pyrazole)Pyridine Copolymers  by  Varying  Conjugation Length and Eu3+/Tb3+ Metal
Coordination, Macromolecules , 48 (14), pp. 4801–4812.
[7] Niyama,  E.,  Brito,  H.  F.,  Cremona,  M.,
Teotonio,  E.  E.  S.,  Reyes,  R.,  Brito,  G. E.  S.,  and  Felinto,  M.  C.  F.  C.,  2005,
Synthesis and Spectroscopic Behavior of Highly Luminescent Eu 3+-
Dibenzoylmethanate  (DBM)  Complexes with  Sulfoxide  Ligands, Spectrochim.
Acta  -  Part  A  Mol.  Biomol.  Spectrosc ., 61 (11–12), pp. 2643–2649.
[8] Turchetti,  D.  A.,  Rodrigues,  P.  C., Berlim,  L.  S.,  Zanlorenzi,  C.,  Faria,  G.
C.,  Atvars,  T.  D.  Z.,  Schreiner,  W.  H., and Akcelrud, L. C., 2012, Photophysical  Properties  of  a  Fluorene- Bipyridine Copolymer and Its Complexes  with  Europium, Synth.  Met .,
162 (1–2), pp. 35–43.
[9] Turchetti,  D.  A.,  Nolasco,  M.  M., Szczerbowski,  D.,  Carlos,  L.  D.,  and Akcelrud,  L.  C., 2015, “Light  Emission of  a  Polyfluorene  Derivative  Containing Complexed  Europium  Ions,”  Phys. Chem. Chem. Phys., 17 (39), pp. 26238– 26248..
[10] Van  der  Ende,  B.  M.,  Aarts,  L.,  and Meijerink,  A.,  2009,  Lanthanide  Ions  as Spectral  Converters  for  Solar  Cells, Phys.  Chem.  Chem.  Phys ., 11 (47),  p. 11081.
[11] Xu, H., Wang, J., Wei, Y., Xie, G., Xue,
Q.,  Deng,  Z.,  and  Huang,  W.,  2015,  A Unique  White  Electroluminescent  One- Dimensional Europium (III) Coordination  Polymer, J.  Mater.  Chem C , 3 , pp. 1893–1903.
[12] Turchetti,  D.  A., Zanlorenzi,  C.,  Duarte, L.  G.  T.  A.,  Santos, R.  F.  S.,  Atvars,  T. D.  Z.,  Domingues,  R.  A.,  and  Akcelrud, L. C., 2020, Photophysical and
Theoretical Interpretation of the Insensitive Emission to Temperature of a Metallopolymer  Containing  Europium Ions, J.  Phys.  Chem.  B , 124 (28),  pp. 6105–6111.
[13] Ngara, Z. S., Okada, D., Oki, O., and Yamamoto, Y., 2019, Energy Transfer-
Assisted Whispering Gallery Mode Lasing in Conjugated Polymer/Europium Hybrid Microsphere Resonators, Chem. - An Asian J ., 14 (10), pp. 1637–1641.
[14] Ling,  Q.  D.,  Kang,  E.  T.,  Neoh,  K.  G., and  Huang,  W.,  2003,  Synthesis  and Nearly Monochromatic Photoluminescence Properties of Conjugated Copolymers Containing Fluorene  and  Rare  Earth  Complexes, Macromolecules , 36 (19),  pp.  6995– 7003.