## ALCHEMY , Vol. 4 No. 1 Maret 2015, hal 44-49
Synthesis and Characterization Titanium Dioxide (TiO 2 ) Doped

## Vanadium(V) Using Solid State Method
Khusnan Mustofa , Nur Aini, Rachmawati Ningsih
Jurusan Kimia Fakultas Sains dan Teknologi UIN Maulana Malik Ibrahim Malang
Email: nuraini.kkfa@gmail.com

## Abstract
TiO 2 Anatase activities should be increased from the UV to the visible light photocatalytic activity of TiO 2 to increase anatas. One efforts to optimize TiO 2 anatase activity is doping by using dopant  vanadium(V). Synthesis method which is used in this research is a solid reaction method. The steps being taken in this methods include grinding and heating at high temperatures. Dopant concentrations of vanadium(V) which are used in the research  was  0.3%,  0.5%  and  0.7%.  and  the  characterization  used  is  X-ray  diffraction  and  UV-Vis  Diffuse Reflectance  Spectroscopy.  The  result  shows  that  there  are  a  changing  of  particle  size,  band  gap  energy,  and absorption of TiO 2 anatas wavelength because of dopan vanadium(V) addition. While TiO 2 ’s structure does not change. The crystal sizes of each TiO 2 without doping, V-TiO 2 0,3%, 0,5% and 0,7% are 53.21 nm, 47.67 nm, 79.65 nm dan 68.99 nm.  Band gap energy of each TiO 2 without doping, V-TiO 2 0,3%, 0,5% dan 0,7% are 3.309 eV, 3.279 eV, 3.270 eV and 3.259 eV. While wavelength absorption of each TiO 2 without doping, V-TiO 2 0,3%, 0,5% and 0,7% are 374.9 nm, 378.4 nm, 379.5 nm and 380.8 nm.
Keywords : Synthesis, titanium dioxide, vanadium(V), solid state method

## Abstrak
Aktifitas  TiO 2 anatas  perlu  ditingkatkan  dari  daerah  sinar  UV  ke  daerah  sinar  tampak  untuk meningkatkan aktifitas fotokatalis TiO 2 anatas. Salah satu upaya untuk meningkatkan aktifitas fotokatalis TiO 2 anatas  tersebut  adalah  dengan  doping  mengunakan  dopan  vanadium(V).  Penelitian  ini  bertujuan  untuk mengetahui  pengaruh  penambahan  dopan  vanadium(V)  terhadap  struktur,  ukuran kristal,  energi band  gap dan serapan  panjang  gelombang TiO 2 Anatas.  Metode  sintesis  yang  digunakan  dalam  penelitian ini adalah  metode reaksi padatan. Tahapan yang dilakukan dalam metode  meliputi penggerusan dan pemanasan pada suhu tinggi. Konsentrasi dopan vanadium(V) yang digunakan dalam penelitian adalah 0,3%, 0,5% dan 0,7% dan karakterisasi yang  digunakan adalah  difraksi  sinar-X  dan  UV-Vis diffuse  reflectance  spectroscopy .  Hasil  dari  penelitian  ini menunjukkan bahwa terjadi perubahan terhadap ukuran kristal, energi band gap dan serapan panjang gelombang TiO 2 anatas akibat penambaan dopan vanadium(V). Sedangkan struktur TiO 2 anatas tidak mengalami perubahan. Ukuran kristal masing-masing TiO 2 tanpa doping, V-TiO 2 0,3%, 0,5% dan 0,7% adalah sebesar 53.21 nm, 47,67 nm, 79,65 nm dan 68,99 nm.  Energi band gap masing-masing TiO 2 tanpa doping, V-TiO 2 0,3%, 0,5% dan 0,7% adalah 3,309 eV, 3,279 eV, 3,270 eV dam 3,259 eV. Sedangkan serapan panjang gelombang masing TiO 2 tanpa doping, V-TiO 2 0,3%, 0,5% dan 0,7% adalah 374,9 nm, 378,4 nm, 379,5 nm dan 380,8 nm.
Kata kunci :  Sintesis, titanium dioksida, vanadium(V), metode reaksi padatan

## I. PENDAHULUAN
Kerusakan lingkungan
dapat diakibatkan  dari  buangan  limbah  organik. Salah  satu  metode  pengolahan  limbah organik  adalah  dengan  menggunakan metode  fotokatalis  TiO 2 anatas.  Namun, penggunaan TiO 2 anatas sebagai fotokatalis  kurang  optimal,  sebab  TiO 2 anatas memiliki energi band gap sebesar ̴3,2  eV  sehingga  hanya  aktif  pada
daerah  sinar  UV  (Wu  dan  Chen  2004). Oleh  sebab  itu,  aktivitas  fotokatalis  TiO 2 anatas perlu ditingkatkan dari daerah sinar UV ke daerah sinar tampak.
Menurut  Choi  dkk  (2009),  cara terbaik  untuk  meningkatkan  aktivitas fotokatalis  TiO 2 anatas  yaitu  dengan doping menggunakan ion logam. Beberapa dopan (pengotor) ion logam yang berpotensi meningkatkan aktivitas
fotokatalis TiO 2 anatas antara lain vanadium,  kromium,  nikel  dan  platinum. Choi  dkk  (2009)  melaporkan  TiO 2 anatas menggunakan  doping  V 3+ sebesar  0,3% menunjukkan  serapan  yang  paling  tajam dibandingkan  dengan  Cr 3+ ,  Ni 2+ dan  Pt 2+ yaitu pada daerah 700 nm.
Penelitian ini menggunakan gunakan ion dopan V 5+ dengan konsentrasi 0,3%,  0,5%  dan  0,7%.  Metode  sintesis yang  digunakan  adalah  metode  reaksi padatan.  Metode  ini  memiliki  beberapa kelebihan  diantaranya  sederhana, fleksible (Dony  dkk,  2013),  tidak  meninggalkan residu (Bulushev dkk, 2000),
menghasilkan  produk  yang  melimpah  dan kristalinitas  yang  tinggi  (Idayati  dkk, 2008).  Selain  itu,  metode  ini  memiliki kontrol kemurnian fasa yang baik.
Penelitian  ini  bertujuan  untuk mengetahui  pengaruh  penambahan  dopan V 5+ terhadap  perubahan  struktur,  ukuran kristal  TiO 2 anatas  energi band  gap dan perubahan  serapan  panjang  gelombang TiO 2 anatas.
TiO 2 anatas  sebelum  dan  sesudah terdoping  V 5+ dikarakterisasi dengan Difraksi  Sinar-X  (XRD)  dan  UV-Vvis diffuse  reflectance  spectroscopy (DRS). XRD digunakan untuk mengetahui struktur kristal  dan  ukuran  TiO 2 anatas  sebelum dan  sesudah  terdoping  V 5+ .  Sedangkan UV-Vis DRS digunakan untuk mengetahui energi band  gap dan  serapan  panjang gelombang  TiO 2 anatas  TiO 2 anatas sebelum  dan  sesudah  terdoping  V 5+ terhadap cahaya.

## II. METODE PENELITIAN Pelaksanaan Penelitian
Penelitian  dilaksanakan  di  Jurusan Kimia  Fakultas  Sains  dan  Teknologi Universitas  Islam  Negeri  Maulana  Malik Ibrahim Malang.
Alat dan Bahan Alat yang digunakan dalam penelitian  ini  antara  lain  seperangkat krus,
mortar  agate, furnace ,  difraksi  sinar  x powder dan  UV-Vis diffuse  reflectance spectroscopy . Bahan-bahan yang digunakan adalah TiO 2 anatas, dan V 2 O 5 .

## Prosedur Penelitian Preparasi Sampel
Disintesis TiO 2 terdoping vanadium(V)  sebesar  0,3%  sebanyak  2 gram.  Dilakukan  dengan  cara  ditimbang vanadium(V)  sebanyak  0,0068  gram  dan TiO 2 anatas  (Sigma  Aldrich  99% anatase ) sebanyak  1,993  gram.  Lalu  dicampurkan pada  mortar  agate.  Campuran  kemudian digerus  selama  kurang  lebih  5  jam  untuk mendapatkan  campuran  yang  homogen. Campuran  homogen  selanjutnya  di  press dalam  bentuk  pelet  untuk  meningkatkan kontak antar partikel yang lebih baik. Pelet disintering  dalam furnace dengan  suhu 500  C  selama  5  jam.  Kemudian,  sampel digerus kembali  selama 5  jam, dipelet dan dipanaskan kembali di dalam furnace pada suhu  500  ºC  selama  5  jam.  Hal  ini dilakukan  untuk  mengoptimalkan  reaksi antar padatan. Langkah-langkah ini dilakukan  kembali  untuk  sintesis  TiO 2 anatas dengan dopan vanadium(V) sebesar 0,5% dan 0,7%.
Karakterisasi  Struktur  dan  ukuran kristal TiO 2 Karakterisasi struktur material TiO 2 anatas dan TiO 2 anatas yang telah didoping dengan  logam  vanadium(V) pada  berbagai variasi konsentrasi di ukur dengan difraksi sinar-X bubuk. Analisis XRD menggunakan sumber sinar Cu-Kα 1,54 Å. Difraktogram  yang  diperoleh  kemudian  di bandingkan  dengan  standar  ICSD  202243 menggunakan  progam winplotr .  Setelah itu, dilakukan proses refinement menggunakan progam rietica untuk mendapatkan data kristalografi dari material baru yang dihasilkan dan dari data XRD  akan  didapatkan  ukuran  partikel TiO 2 .

## ALCHEMY , Vol. 4 No. 1 Maret 2015, hal 44-49
Karakterisasi  Energi Band  Gap dan Absorpsi Cahaya TiO 2
Penentuan  energi band  gap dan absorpsi cahaya digunakan untuk
mengetahui  serapan  cahata  di  daerah visible dan  energi band  gap TiO 2 anatas terdoping  vanadium(V)  pada  berbagai variasi konsentrasi. Penentuan energi band gap dan  absorpsi  cahaya  TiO 2 anatas terdoping vanadium(V) menggunakan UV- Vis diffuse reflectance spectroscopy .

## III. HASIL DAN PEMBAHASAN Karakterisasi dengan XRD
Karakterisasi  struktur  TiO 2 tanpa doping  dilakukan  dengan  membandingkan difaktogram  TiO 2 tanpa  doping  dengan
ICSD ( Inorganics Crystal Structure Database ) 202243 TiO 2 anatas menggunakan  bantuan  progam Winplotr . Gambar  3.1  menunjukkan  Pola  difraksi TiO 2 tanpa  doping  identik  dengan  pola difraksi  ICSD  202243  dan  tidak  terdapat fasa  rutil.  Hal  ini  menunujukkan  bahwa TiO 2 tanpa  doping  memiliki  struktur  yang sama dengan ICSD 202243, yaitu anatas.
Gambar 1. Perbandingan difaktogram V 2 O 3 , TiO 2 tanpa doping dan V-TiO 2 (0,3%, 0,5% dan 0,7%)
Pada  Gambar  1.  menunjukkan penambahan
vanadium(V) tidak
mengakibatkan  perubahan  pola  difraksi TiO 2 dan tidak ditemukan peak V 2 O 5 serta
fasa rutil. Penambahan dopan vanadium(V) mengakibatkan intensitas difaktogram
TiO 2 menurun  dan  posisi  2θ peak TiO 2 berubah.  Secara  umum,  pergeseran  posisi peak TiO 2 memiliki pola  yang sama,  yaitu bergeser  kearah  kiri.  Pergeseran  panjang gelombang  dan  kesamaan  pola  difraksi dengan  TiO 2 tanpa  doping  serta  tidak terdapatnya  fasa  lain  mengindikasikan bahwa  vanadium(V)  masuk  kedalam  kisi kristal TiO 2 (Choi dkk, 2009).
Menurut Choi dkk (2010), penurunan intensitas difaktogram menunjukkan  derajat  kristalinitas  yang lebih  rendah  dengan  lebih  banyak  cacat. Kenaikan konsentrasi dopan akan membuat intensitas difraksi semakin menurun (Lestari, 2012).
Gambar 2. Difaktogram hasil refinement dengan progam rietica Pada  Gambar  2.  menunjukkan difaktogram hasil refinement dengan
rietica .  Hasil refinement TiO 2 tanpa doping,  V-TiO 2 0,3%,  0,5%  dan  0,7% berturut-turut  memiliki  nilai  rp  sebesar 12,40  %,  12,27  %,  12,94  %  dan  14,42%
serta  nilai  rwp  sebesar  8,51  %,  9,12  %, 11,97  %  dan  12,43%.  Menurut  Timuda
(2010)  hasil  ini  dapat  diterima  karena memiliki Rp dan RWP dibawah 20%. TiO 2 tanpa doping V-TiO 2 0,3%, 0,5% dan 0,7% memiliki  struktur  tetragonal  dengan space group : I4 1 /a m d z.
Tabel 1. Ukuran kristal TiO 2 dan V-TiO 2
Nama Ukuran Kristal
(Satuan
(nm)
TiO 2 53.21
V-TiO 2 (0,3%) 47.67 V-TiO 2 (0,5%) 79.65 V-TiO 2 (0,7%) 68.99 Tabel  1.  menunjukkan  ukuran kristal masing-masing sampel hasil perhitungan menggunakan persamaan
Debye-Scherer . Penambahan
dopan vanadium(V)  sebesar  0,3%  menjadikan ukuran  TiO 2 lebih  kecil,  yaitu  dari  53,21 nm  menjadi  47,67.  Namun,  penambahan dopan  vanadium  sebesar  0,5%  dan  0,7% membuat  ukuran  kristal  TiO 2 menjadi semakin  besar.  Ukuran  kristal  dengan dopan  vanadium(V)  0,5%  lebih  besar dibandingkan  dengan  dopan  vanadium(V) 0,7%  yaitu  sebesar  79,65  nm  berbanding 68,99 nm. Hal ini bersesuaian dengan data XRD  dimana  pada  konsentrasi  0,5%  dan 0,7% terjadi pelebaran pita atau broadening  peak .  Hal  ini  disebabkan  oleh ketidakteraturan  susunan  atom  (Sugondo dan  Futichah,  2005)  akibat  banyaknya cacat.

## Hasil Karakterisasi dengan UV-Vis DRS
Karakterisasi  dengan  UV-Vis  DRS digunakan  untuk  mengukur  besarnya energi band gap TiO 2 yang telah didoping. Energi band  gap merupakan  energi  celah pita  antara  pita  valensi  dengan  pita konduksi.  Harga band  gap sangat  penting karena berpengaruh terhadap kinerja semikondutor  dalam  mengalirkan  elektron dan hole (Lestari  dkk,  2012).  Selain  itu, perbedaaan  energi band  gap juga  akan berpengaruh  terhadap  energi  foton  atau cahaya  yang  dibutuhkan  (Gunlazuardi 2001  dalam  Marlupi  2001).  Energi band gap kecil  akan  membutuhkan  energi cahaya yang kecil.
Gambar 3. Hubungan konsentrasi vanadium(V) dengan energi band gap Gambar 3. menunjukan hubungan konsentrasi  vanadium(V)  dengan  energi Band Gap . Penambahan dopan
vanadium(V) sebesar 0,3% mengakibatkan penurunan  energi band  gap TiO 2 dari 3,309  eV  menjadi  3,29  eV.  Kemudian penambahan  vanadium(V)  sebesar  0,5% dan 0,7% mengakibatkan penurunan energi band gap menjadi 3,270 eV dan 3,259 eV.
Dari  hasil  ini  dapat  disimpulkan  bahwa penambahan  dopan  vanadium(V)  sebesar 0,3%,  0,5%  dan  0,7%  dapat  menurunkan energi band  gap TiO 2 ,  sehingga  energi band  gap semakin  kecil.  Gambar  4. menunjukkan  pergeseran  serapan  TiO 2 seiring dengan penambahan dopan vanadium(V).  Penambahan  vanadium(V) sebesar  0,3%  meningkatkan  serapam  TiO 2 dari  374,9  nm  menjadi  378,4  nm.
Sedangkan penambahan dopan vanadium(V)  sebesar  0,5%  dan  0,7% mampu meningkatkan serapan TiO 2 menjadi 379,5 nm dan 380,8 nm. Dari hasil ini  dapat  disimpulkan  bahwa  penambahan dopan  vanadium(V)  sebesar  0,3%,  0,5% dan  0,7%  dapat  meningkatkan  serapan panjang gelombang TiO 2 .

## ALCHEMY , Vol. 4 No. 1 Maret 2015, hal 44-49
Gambar 4. Hubungan konsentrasi vanadium(V) dengan energi serapan panjang gelombang TiO 2 .

## IV. KESIMPULAN
Penambahan  dopan  vanadium(V) terhadap  TiO 2 anatas  sebesar  0,3%,  0,5% dan  0,7%  tidak  merubah  struktur  TiO 2 anatas.  Sedangkan  penambahan  dopan vanadium(V)  mengakibatkan  perubahan ukuran partikel TiO 2 . Secara berturut-turut besar  ukuran  TiO 2 adalah  V-TiO 2 0,5%  > V-TiO 2 0,7%  >  TiO 2 tanpa  doping  >  V- TiO 2 . Penambahan dopan vanadium mengakibatkan perubahan energi band gap TiO 2 anatas dan serapan panjang
gelombang  TiO 2 anatas.  Semakin  besar penambahan dopan vanadium(V) mengakibatkan  energi band  gap semakin kecil, sedangkan serapan panjang gelombang TiO 2 anatas semakin besar.

## V. DAFTAR PUSTAKA
Bulushev, D. A., Lioubov, K.M., Vladimir I.Z., dan Albert, R. 2000. Formation of
Active  Sites  for  Selective  Toluene Oxidation  during  catalyst  Synthesis via Solid-State Reaction of V 2 O 5 with TiO 2 . Journal  of  Catalysis 193,  145–
153 (2000). Choi,  J.,  Hyunwoong,  P.,  dan  Michael, R.H.  2009.  Combinatorial  Doping  of TiO 2 with  Platinum  (Pt),  Chromium (Cr), Vanadium(V) and Nickel (Ni) to Achieve Enhanced Photocatalytic Activity  with  Visible  Ligh  Irradation. J. Mater. Vol. 25., No. 1. Choi,  J.,  Hyunwoong,  P.,  dan  Michael, R.H. 2010. Effects of Single Metal-Ion Doping on the Visible-Light Photoreactivity  of  TiO 2 . J.  Phys.
Chem. 114, 783–792. Dony,  N.,  Hermansyah,  A.,  dan  Syukri. 2013. Studi Fotodegradasi Biru Metilen Dibawah Sinar Matahari Oleh ZnO-SnO2 yang  Dibuat  Dengan
Metode  Solid  Reaction. Media  Sains ,
Vol. 5, No. 1. ISSN 2085-3548.
Idayati,  E.  dan  Hamzah.  F  2008.
Perbandingan  Hasil  Sintesis  Oksida Perovskit  La 1-x Sr x CoO 3-ƍ Dari  Tiga Variasi  Metode  (Sol-Gel,  Solid-State,
Kopresipitasi) . Surabaya: Jurusan Kimia FMIPA ITS.
Lestari,  D.,  Wisnu,  S.,  Eko,  B.S.  2012. Preparasi  Nanokomposit  ZnO/TiO 2 Dengan Sonokimia serta Uji Aktivitasnya untuk Fotodegradasi Fenol. Indo. J. Chem. Sci . 1 (1).
Marlupi,  I.  2003.  Desinfeksi  Eschericia coli  Melaluai  Fotokatalis  Titanium Dioksida  (TiO 2 )  Bubuk  Fase  Rutil. Skripsi . Jurusan Fisika FMIPA ITB.
Sugondo dan Futichah. 2005. Karakterisasi Ukuran Kristalit, Regangan Mikro dan Kekuatan  Luluh  Zr1%Sn1%Nb1%Fe dengan Difraksi Sinar-X . Jurnal Sains Materi  Indonesia. Vol.  6.  No.  2.  Hal.
18-23.
Timuda,  G.E.  2010.  Pengaruh  Ketebalan terhadap Sifat Optik Lapisan Semikonduktor CuO 2 yang Dideposisikan dengan Metode Chemical  Bath  Deposition  (CBD). Jurnal Ilmu Pengetahuan dan Teknologi TELAAH . Vol. 28. Hal. 1-5.
Wu.  J.C.S  dan  Chih-Hsien,  C.  2004.  A Visible  Light  Response  Vanadium- Doped Titania nanocatalyst by Sol-Gel
Method. Journal  of  Photochemistry and  Photobiology  A:  Chemistry 163
(509–515).