Jurnal Fisika dan Terapannya (Tahun Terbit) Vol. 9 (1): 1 - 15 DOI: 10.24252/jft.v9i2.28815

## JURNAL FISIKA DAN TERAPANNYA
p-ISSN: 2302-1497, e-ISSN: 2715-2774 http://journal.uin-alauddin.ac.id/index.php/jft

## KARAKTERISTIK  SIFAT  OPTIK  NANOPARTIKEL  KARBON
( CARBON DOTS ) DENGAN METODE UV-VIS DRS ( ULTRA  VIOLET- VISIBLE DIFFUSE REFLECTANCE SPECTROSCOPY )
Jumardin 1 ,  Akhiruddin Maddu 2 , Koekoeh Santoso 3 , Isnaeni 4
1 Jurusan Fisika, Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Islam Negeri Alauddin Makassar 2 Departemen Fisika, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, IPB University
3 Departemen  Anatomi,  Fisiologi  dan  Farmakologi,  Fakultas  kedokteran  Hewan,  IPB University
4 Laboratorium  Fisika  Laser,  Pusat  Riset  Fotonik,  Badan  Riset  dan  Inovasi  Nasional, Indonesia
email: jumardin.jumardin@uin-alauddin.ac.id

## INFO ARTIKEL
Status artikel: Diterima: 16 Mei 2022 Disetujui: 11 Juli 2022 Tersedia online: 31 Juli 2022
Keywords: Carbon Dots, Energy, Nanoparticles, Spectroscopy.

## ABSTRACT
Research on the synthesis of Carbon Dots using the laser ablation method has been carried out at a time duration of 1, 2, and 3 hours (energy 60 mJ, wavelength 1064 nm and frequency  10  Hz).  This  research  uses  organic  material from  Tea  and  Toluene  as  the  carbon  solvent.  The characterization  method  uses  a  UV-Vis  Diffuse Reflectance  Spectroscopy  (UV-Vis  DRS)  spectrum  to measure the reflectance value and uses the Kubelka-Munk equation  to  determine  the  relationship  between  the absorbance  coefficient  parameter  (s)  and  the  scattering reflectance  coefficient  (k).  The  size  and  morphological characterization  methods  used  Particle  Size  Analyzer (PSA) and Transmission Electron Microscopy, while the functional  group  characteristics  used  the  Fourier Transform  InfraRed (FTIR)  tool.  FTIR  spectra show the O-H  group  which  is  a  hydroxyl  bond  and  N-H  is  a carboxylic acid. The results of measurement and analysis of  bandgap  energy  at  different  time  durations  for  direct transition (n=2) were 1 hour (3.62 eV, 342.49 nm), 2 hours (3.24  eV,  380.61  nm)  and  3  hours  (2.74,  451.82  nm). Indirect transitions (n=1/2) were 1 hour (3.17 eV, 391.02 nm), 2 hours (2.50 eV, 495.36 nm) and 3 hours (2.21 eV, 559.04).
Jumardin, dkk. / Jurnal Fisika dan Terapannya (2022) Vol. 9 (1): 1 - 15

## 1. PENDAHULUAN
Karbon merupakan salah satu material yang memiliki manfaat dan keunggulan dari aspek fisika, kimia, biologi dan bidang ilmu yang lain. Kualitas karbon sangat dipengaruhi oleh morfologi dan sifat optik seperti carbon nanotube ( Antonov & Johnson, 1999) , fullerene (Golden et  al., 1995), graphene (Qosim & Santoso, 2015), colloidal sphare (Baskoutas  & Terzis, 2006), nanofiber (Wei et al., 2020), dan nanopartikel karbon atau carbon dots (CDs) (Das et  al.,  2021)  yang disintesis  dengan metode tertentu. Carbon Dots (CDs) merupakan material karbon dalam bentuk titik ( dot ) yang memiliki sifat berpendar dan dapat disintesis dari berbagai sumber karbon. CDs dapat disintesis dari bahan dasar daun bambu (Putro & Maddu, 2019), ubi jalar (Shen et al., 2017), susu (Bajpai et al., 2019), limbah industri tebu (Pandiyan et al., 2020), limbah dapur rumah tangga  (Himaja et al., 2014), limbah bawang (Bandi et al., 2016), daun tembakau (Dewi et al., 2016) dan sabut kelapa (Chunduri et al., 2016).
Metode  sintesis  CDs  menggunakan  teknik  fisika  yang  merupakan  pengaplikasian tekanan  mekanik,  radiasi  dengan  energi  yang  tinggi,  serta  energi  panas  dan  listrik  untuk membuat material bulk menjadi abrasi, meleleh, menguap atau terkondensasi (Trisnayanti, 2020). Ablasi laser merupakan salah satu metode dengan teknik fisika untuk mensintensis CDs dengan penambahan energi, durasi waktu paparan radiasi terhadap material karbon dan panjang gelombang laser pulsa yang digunakan. Ablasi laser dikenal sebagai metode yang mudah,  ramah  lingkungan  dan  menghasilkan  kemurnian  nanopartikel  yang  tinggi.  Berkas laser  yang  berinteraksi  dengan  material  karbon  akan  menghasilkan  panas  dan  dapat menginduksi terjadinya photoionization pada sampel CDs (Jumardin et al., 2021). Sifat optik CDs  berupa  absorpsi  dan  luminisensi  dengan  metode  ablasi  laser  akan  mengindikasikan karakteristik berupa warna, spektrum absorbansi serta diperoleh energi band gap atau nilai lebar celah pita energi (Hussein et al., 2019). Sifat fisis warna CDs akan diketahui dengan menggunakan  lampu  UV,  sifat  absorpsi  menggunakan  spektroskopi UV-Vis Diffuse Reflectance pada  pajang  gelombang  (200-800)  nm  serta  karakteristik  luminisensi menggunakan spektroskopi fotoluminisensi.
Hasil  karakteristik  UV-Vis  DRS  ( UV-Vis  Diffuse  Reflectance Spectroscopy ) menghasilkan  informasi  berupa  spektrum  panjang  gelombang  terhadao  reflektansi  R  (%). Energi celah pita diperoleh dengan mengubah besaran R (%)  kedalam faktor Kubelka-Munk F(R)  yang  merupakan  intrumentasi  spektrometer-difusi  dengan  menggunakan  metode sederhana berdasarkan terori Kubelka-Munk (Kang, 2018) dan metode Tauc Plot (Jumardin et al., 2021). Pada penelitian ini menggunakan metode UV- Vis Diffuse Reflectance dengan memberikan energi dari panjang gelombang (200-800) nm dan akan dikaji penentuan energi band gap CDs yang disintesis masing-masing dengan menggunakan metode ablasi laser pada variasi  waktu  1,  2,  dan  3  jam.  Metode UV-Vis Diffuse  Reflectance didasarkan  pada pengukuran UV-Vis yang direflesikan oleh sampel. Ketika foton mengenai bahan (material karbon) maka sebagian akan diserap, dipantulkan dan ditransmisikan energi celah pita ( band gap ) merupakan hal yang penting bagi material karena energi tersebut merupakan salah satu
Jumardin, dkk. / Jurnal Fisika dan Terapannya (2022) Vol. 9 (1): 1 - 15
faktor CDs yang mempengaruhi kinerja piranti semikonduktor dalam perpindahan elektron dan hole (Abdullahi et al., 2016).

## 2. METODE PENELITIAN
Tahapan dan sintesis dilakukan dengan mempersiapkan bahan-bahan dan peralatan yang dibutuhkan di laboratorium Fisika Laser, Pusat Penelitian Fisika Indonesia (LIPI) dan Laboratorium  Spektroskopi  Optik  dan  Laboratorium  Karakterisasi  Material,  Departemen Fisika IPB. Peralatan yang digunakan adalah Laser Pulsa tipe Q Swicth Nd:YAG Laser Model Q  Smart  850, Spekrofotometer UV-Vis Diffuse  Reflectance Spectroscopy ( Ocean Optic TM .4000 ),  Particle  Size  Analyzer  ( Vasco  Particulate  System,  PSA ),  FTIR  ( Fourier Trasform  Infra  Red )  Horizon  MB  3000,    TEM  ( Transmission  Electron  Microscope ,  FEI Tecnai G2 20S-Twin) 200 kV, Timbangan digital, Mikropipet, Magnetic stirrer , Stopwatch , Furnace Thermal , Gelas ukur, Hot plate , Lampu UV, Lampu Halogen, Mortar, Botol kuvet ( Quartz Cuvvete 3,8 ml ), dan Botol ukur. Bahan-bahan yang digunakan adalah Teh serbuk merk Goalpara, Aquabides , dan Toluene (CH 3 , M.W 92.14 gr/mol).
Gambar 1. Skema pembuatan meterial karbon CDs.
Pembuatan  material  karbon  (CDs)  dari  250  gram  (Teh)  dimasukkan  ke  dalam Furnace pada temperatur awal 250 0 C sampai temperatur akhir 900 0 C dengan laju kenaikan temperatur  600 0 C/jam  selama  3  jam  (Suharman  &  Vinsiah,  2015).  Karbon  dihancurkan menggunakan  mortar  sampai  menjadi  serbuk  sebelum  diberikan  perlakuan  ablasi  laser. Karbon  dalam  bentuk  serbuk  atau  padatan  tersebut  didiamkan  beberapa  jam  sampai  suhu karbon menjadi normal. Serbuk karbon tersebut dihancurkan (gerus) dengan menggunakan mortal kemudian dilakukan karakterisasi ukuran parikel dengan menggunakan alat Particle Size Analyzer (PSA) untuk mengetahui distribusi ukuran partikel tersebut sebelum diberikan perlakuan ablasi laser.
Jumardin, dkk. / Jurnal Fisika dan Terapannya (2022) Vol. 9 (1): 1 - 15
Metode ablasi laser pada sintesis CDs meggunakan laser pulsa dengan tipe Q Switch Nd YAG laser Model Q Smart 850 pada panjang gelombang 1064 nm dan frekuensi 10 Hz (Kim et al., 2017). Lebar pulsa yang digunakan adalah ± 6 nsec pada tingkatan energi 60 mJ. Metode  sintesis  menggunakan  pengontrolan  durasi  waktu  (1,  2,  3)  jam  dengan  pajang gelombang laser 1064 nm. Sinar laser difokuskan pada material karbon dalam koloid dengan berat karbon 0.02 gram dalam 6 ml pelarut toluen (CH 3 ). Lensa dan cermin digunakan untuk memfokuskan cahaya laser tepat pada material karbon yang berada dalam botol dan magnetic stirrer sebagai pengaduk untuk melarutkan partikel-partikel karbon dengan molekul toluen (CH 3 ) selama proses interaksi laser dengan material karbon.
Gambar 2 . Skema metode sintesis CDs menggunakan ablasi laser .
Pengukuran sifat  optik menggunakan spektrofotometer UV-Vis  Diffuse Reflectance Spectroscopy melalui  kabel fiber  optic .  Sebanyak  2  ml  CDs  yang  terlarut  dalam  tolouen (CH 3 ) dimasukkan ke kuvet  yang dihubungkan langsung dengan spektrofotometer dengan memfokuskan sumber cahaya (lampu halogen) ke kuvet tersebut dan diteruskan oleh serat optik  dan  diterima  oleh  spektrofotometer  sehingga  terbaca  pada  konektor  monitor  PC. Penentuan  energi band  gap dengan UV-Vis  Diffuse  Reflectance Spectroscopy dihasilkan dengan  menggunakan  metode  spektrofotometri  UV-Vis  Difusi  Reflektansi  (Haris  et  al, 2014) . Reflektansi yang terukur merupakan nilai yang dinyatakan dalam persamaan (1) dan digunakan  untuk  mengetahui  persamaan  Kubelka-Munk  (persamaan  (2)).  Persamaan  (2) memiliki  hubungan  dengan  parameter  k  (koefisien  absorbansi)  dan  s  (koefisien  hamburan reflektansi  difusi)  persamaan  (3).  Sehingga  menghasilkan  persamaan  (4).  (Morales  et  al., 2007)
R ′ ∞ = R ∞ (sampel) R ∞ (standar) (1)
F(R ′ ∞) = (1−R ′ ∞) 2 2R ′ ∞ (2)
F(R ′ ∞) = k s (3)
k s = (1−R ′ ∞) 2 2R ′ ∞ (4)
Spektrum UV-Vis  Diffuse Reflectance Spectroscopy berupa kurva hubungan antara k/s melawan panjang gelombang (λ) atau absorbansi (A) melawan panjang gelombang (λ). Perhitungan  dilakukan  pada  setiap  sampel  dengan  menggunakan  metode  Kubelka  Munk dimana  energi band  gap diperoleh  dari  grafik  hubungan  antara  hν  (eV)  vs  (F(R’∞)  hν) n ( Abdullahi, 2016). Energi band gap CDs adalah besarnya hν pada saat (F(R’∞) hν) n = 0, yang diperoleh dari persamaan regresi linier kurva tersebut. . Pengukuran energi band gap dapat dilakukan  dengan  dua  cara,  yaitu  penyerapan  langsung  dan  tidak  langsung.  Penyerapan secara  langsung  ( direct ),  elektron  mengabsorpsi  foton  dan  lansung  loncat  ke  dalam  pita konduksi.  Secara  matematis  dapat  diperlihatkan  pada  persamaan  (5).  Penyerapan  tidak langsung  ( indirect ),  elektron  mengabsorpsi  foton  (partikel  dalam  gelombang elektromagnetik)  dan  fonon  (partikel  dalam  gelombang  elastik).  Secara  matematis  dapat dilihat pada persamaan (6). Dimana ν adalah frekuensi anguler dari foton. Penentuan energi band  gap CDs,  grafik (F  (R’  ∞)  hν) n terhadap  hv  diplotkan  dengan  mensubtitusi  n  =  1/m dimana  n  =  2  untuk  transisi  langsung  yang  dibolehkan,  n  =  ½  untuk  transisi  yang  tak dibolehkan (Pankove, 1972). Energi band gap CDs di hitung menggunakan persamaan Tauc plot (F(R’∞) hν) n terhadap hν menunjukkan daerah linier intermendiet.
E g = ħν = E g (5)
E g ± ħν = ħν (6)
Karakterisasi  dan  analisis  gugus  fungsi  senyawa  kimia  CDs  menggunakan  alat Fourier  Trasform  InfraRed (FTIR)  pada  suhu  ruang  dengan  mengukur  dan  menentukan serapan  bilangan  gelombang  pelarut  (toluen).  Identifikasi  gugus  fungsi  CDs  pada  rentang panjang bilangan gelombang (450-4000) cm -1 , kemudian sampel CDs yang di uji adalah hasil ablasi  laser  yang  memiliki  nilai  intesitas  serapan  optik  lebih  besar  dari  yang  lain.  Kurva analisis  dan  data  pengukuran  bilangan  gelombang  dibuatkan  perbandingan  antara  pelarut (tolouen)  dan  CDs  yang  terlarut.  Analisis  morfologi  permukaan  CDs  menggunakan  TEM ( Transmission  Electron  Microscopy , FEI  Tecnai  G2  20S-Twin )  200  kV  (Jumardin  et  al, 2021).

## 3. HASIL DAN PEMBAHASAN
Cahaya beriteraksi dengan material karbon di dalam koloid terdeteksi oleh detektor dan  menghasilkan  data  ukuran  partikel.  Karakteristik  karbon  dengan  alat Particle  Size Analyzer menunjukkan distribusi pada ukuran rata-rata sebesar 616.76 nm. Hasil dapat di lihat  Tabel  1.  Pada  tabel  1  menunjukkan  karbon  berukuran  rata-rata  616.76  nm  (50%). Distribusi  ukuran  karbon  tersebut  dihitung  menggunakan  metode  dispersi  ukuran berdasarkan intensitas cahaya (a.u).

## Tabel 1 . Hasil Karakterisasi ukuran karbon
Pada  ukuran  616.76  (50%)  nm  dapat  disimpulkan  bahwa  ukuran  partikel  karbon tersebut masih sangat jauh lebih besar untuk standar CDs, sehingga dilakukan metode ablasi laser untuk membuat material karbon dalam bentuk nano partikel yang berukuran lebih kecil. Pada  ukuran  562.49  nm  mengindikasikan  bahwa  dispersi  cahaya  hanya  mampu mengidentifikasi 10% material karbon, sedangkan pada ukuran karbon 708.13 nm sebanyak 90% di dalam koloid.
Gambar 3 .  (a) Karbon dari Teh dan (b) Distribusi ukuran karbon.
Gambar  3  (a)  merupakan  material  karbon  yang  telah  dikarbonisasi  dengan menggunakan furnice , sedangkan gamba 3 (b) merupakan grafik distribusi ukuran partikel karbon dalam skala nano meter (nm). Ukuran partikel karbon terdistribusi pada rentang 426- 891 nm yang memiliki perbedaan tingkat intensitas pada skala dispersi cahaya.
Berdasarkan  gambar  4  (a)  dapat  diketahui  daerah  UV  terjadi  perubahan  intensitas refleksi antara CDs yang disintesis dengan variasi waktu berbeda. Perubahan nilai reflektansi teramati  pada  daerah  sinar  UV  rentang  pengukuran  255-258  nm  dengan  kecenderungan semakin  besar  durasi  waktu  ablasi  laser  maka  semakin  tinggi  intensitas  reflektansi  yang dihasilkan. Sehingga dapat diasumsikan cahaya yang terabsorpsi akan semakin besar dengan semakin bertambahnya nilai intensitas yang direfleksikan. Berdasarkan teori Kubelka-Munk, koefisien  absopsi  diturunkan  hubungannya  secara  matematis  dengan  persamaan  (4)  k/s merupakan fungsi Kubelka-Munk. Gambar 4 (b) menunjukkan bahwa fungsi Kubelka-Munk (sumbu y) memiliki koefisien absorpsi akan semakin meningkat dengan adanya penambahan waktu pada metode sintesis CDs dengan ablasi laser pada daerah serapan sinar UV dan visible (cahaya  tampak).  Hal  tersebut  mempresentasikan  efektifitas  metode  ablasi  laser  dengan
Parameter Pengukuran Diameter (10%) nm
Diameter (50%) nm Diameter (90%) nm Rata-rata 562.49 616.76 708.13
Jumardin, dkk. / Jurnal Fisika dan Terapannya (2022) Vol. 9 (1): 1 - 15
penambahan durasi waktu 1, 2, 3 jam dalam meningkatkan intesitas absorpsi cahaya pada daerah  UV  dan  cahaya  tampak.  Gambar  4  (c)  memperlihatkan  hubungan  fungsi  Kubelka- Munk terhadapa energi (eV) CDs.
Gambar 4 . (a) Spektra UV-Vis DRS (%) terhadap panjang gelombang. (b) Grafik hubungan Kubelka-Munk terhadap panjang gelombang. (c) Grafik hubungan Kubelka-Munk terhadap energi.
(d) Luminisensi CDs 1, 2 dan 3 jam oleh yang telah disintesis dengan metode ablasi laser.
Gambar 4 (c) memperlihatkan hubungan fungsi Kubelka-Munk terhadapa energi (eV) CDs. Terjadi penurunan energi CDs berdasakan lama paparan ablasi laser terhadap material karbon.  Semakin lama ablasi laser berinteraksi dengan karbon dalam koloid (toluen) maka semakin  kecil  energi  CDs  yang  dihasilkan.  Energi  tersebut  diformulasikan  berdasarkan tetapan Planck dikalikan  dengan  frekuensi  kuantum  radiasi  atau  hubungan  panjang
Jumardin, dkk. / Jurnal Fisika dan Terapannya (2022) Vol. 9 (1): 1 - 15
gelombang dan frekuensi berbanding terbalik. Sehingga semakin besar panjang gelombang, maka semakin kecil energi yang dihasilkan. Hubungan fungsi Kubelka-Munk terhadap energi merupakan perbandingan parameter k (koefisien absorbansi) terhadap s (koefisien hamburan reflektansi difusi). Nilai puncak panjang gelombang, reflektansi, fungsi Kubelka-Munk dan energi CDs yang diperoleh dieprlihatkan pada tabel 2.
Tabel 2 . Hasil nilai puncak panjang gelombang, reflektansi, energi dan fungsi Kubelka-
Munk terhadap waktu ablasi laser. Nilai Waktu ablasi laser (jam) 1 2 3 Panjang gelombang , λ (nm) 304.57 314.64 332.43 Reflektansi, R (%) 13.51 8.18 6.199 Energi (hv), E (eV) 4.07 3.94 3.73 Fungsi Kubelka-Munk (k/s) 2.76 5.15 7.09
Hasil  karakterisasi  daerah  serapan  sinar  dan  penentuan  energi band  gap masing- masing  sampel  CDs  menggunakan  pengukuran UV-Vis  Diffuse  Reflectance Spectroscopy yang telah di ukur pada rentang panjang gelombang reflektansinya 200-800 nm. Perhitungan energi band  gap dilakukan  dengan  menggunakan  pendekatan  teori  Kubelka-Munk. Berdasarkan teori Kubelka-Munk, lapisan material dengan ketebalan x, diradiasikan dengan sejumlah energi radiasi foton, maka material tersebut akan menyerap dan menghamburkan foton.  Plot  nilai  F(R)  terhadap  h ν dan  ektrapolasi  daerah  liniernya  maka  dapat  ditentukan nilai h ν pada F(R)=0 yang merupakan nuilai energi band gap dari CDs. Karakterisasi  dengan UV-Vis  Diffuse  Reflectance Spectroscopy dilakukan  untuk penentuan  besarnya  energi band  gap (Eg)  CDs.  Hasil  karakterisasi  dan  perhitungan penentuan energi band gap selengkapnya disajikan pada gambar 5 (a, b, c, d, e, f) dengan transisi secara langsung ( direct ) dimana nilai n=2 dan gambar 6 (a, b, c, d, e) denga transisi tidak langsung ( indirect ) dimana nilai n=1/2. Perhitungan energi band gap dilakukan dengan menggunakan persamaan Kubelka-Munk dan metode Tauc plot, dimana (Eg) didapatkan dari grafik hubungan antara (F(R’∞) hν) n dan hν (eV).
Gambar 5  (transisi  langsung) dan  gambar 6 (transisi  tidak langsung) menunjukkan bahwa nilai energi band gap CDs menurun jika waktu ablasi laser dinaikkan. Grafik gambar 5  dan  6  menunjukkan  ekstrapolasi  linier  yang  dapat  digunakan  menghitung  (Eg)  dari perpotongan terhadap sumbu x. Dapat diketahui bahwa pengaruh waktu ablasi laser terhadap material karbon (CDs) dapat menyebabkan perubahan nilai Eg seperti terlihat pada gambar 5 dan 6.
Gambar 5 . (a, c, e) kurva energi band gap 1, 2, 3 jam dengan metode Tauch Plot dan (b, d, f) grafik ilustrasi Kubelka Munk terhadap energi foton CDs 1, 2, 3 jam penyerapan secara langsung ( direct ).
Jumardin, dkk. / Jurnal Fisika dan Terapannya (2022) Vol. 9 (1): 1 - 15
Gambar 6 . (a, c, e) Kurva energi band gap 1, 2, 3 jam dengan metode Tauch Plot dan (b, d, f) grafik ilustrasi Kubelka Munk terhadap energi foton CDs 1, 2, 3 jam penyerapan secara langsung
( indirect ).
Jumardin, dkk. / Jurnal Fisika dan Terapannya (2022) Vol. 9 (1): 1 - 15
Tabel 3 . Daerah energi band gap dan serapan panjang gelombang CDs 1, 2 dan 3 jam.
Waktu ablasi laser (jam) Energi band gap (eV) Panjang gelombang (nm) Transisi langsung (n=2) Transisi tidak langsung (n=1/2) Transisi langsung (n=2) Transisi tidak langsung (n=1/2) 1 3.62 3.17 342.49 391.02 2 3.24 2.50 380.61 495.36 3 2.74 2.21 451.82 559.04
Tabel 3 menjelaskan bahwa terjadi penurunan energi band gap CDs dari sampel yang diablasi dengan menggunakan laser. Penurunan ini terus berlanjut dengan penambahan waktu hingga 3 jam. Penurunan energi band gap dapat disebabkan oleh terjadinya difusi ion pelarut toulen kedalam kisi material karbon sehingga membentuk sub celah pita energi  yang baru (Nikov et al., 2017). Energi band gap akan memberikan kemampuan CDs untuk menyerap cahaya pada energi yang lebih rendah atau panjang gelombang yang lebih besar. Energi band gap yang semakin kecil dapat  meningkatkan aktifitas CDs karena energi  yang dibutuhkan untuk mengeksitasi elektron dari vita valensi ke pita konduksi lebih kecil. Absorpsi terhadap UV-Vis DRS dengan metode sintesis ablasi laser mengasilkan energi band gap sebesar 3.85 eV (Singh & Gopal, 2012) , 4.07 eV (Ali et al., 2016), 3.11 eV, 3.07 eV dan 3.02 eV (Siuzdak et al., 2014).
Hasil  analisis  spektrum  gugus  fungsi  terlihat  pada  gambar  7  dan  tabel  4  yang merupakan  pengukuran  CDs  untuk  sampel  3  jam  berdasarkan  analisis  teoritik  dan ekeperimen FTIR.
Gambar 7 . Spektrum (FTIR) bilangan gelombang terhadap transmitansi CDs.
Gugus O–H pada CDs merupakan ikatan hidroksil yang teridentifikasi pada pelarut toluen pada  rentang  (3000-3700)  cm -1 .  Terdapat  pada  bilangan  gelombang  3024  cm -1 yang mengindikasikan  senyawa  O-H  terikat  hidrogen  terdeteksi  oleh  absorpsi  sinar  inframerah pada regang pita lebar dan kuat (3000-3700) cm -1 serta mengandung asam karboksilat. Gugus N-H memiliki daerah penyerapan sinar inframerah pada daerah (3441-3700) cm -1 . Gambar 7 terlihat  bahwa  daerah  regang  O-H  dan  N-H  pada  spektrum  terdeteksi  adanya  asam karboksilat,  sedangkan  N-H  merupakan  senyawa  amina.  Sifat  hidrofisilitas  dan  kestabilan CDs dalam larutan tersebut akan semakin meningkat jika terdapat gugus O-H dan N-H (Pavia et al., 2001).
Tabel 4 . Bilangan gelombang gugus fungsi berdasarkan teoritik dan hasil eksperimen FTIR.
No Gugus Fungsi Bilangan Gelombang (cm -1 ) Teoritik Hasil  FTIR 1 N-H 3700-3441 3409 2 OH 3700-3000 3024.8 3 C-H Alifatik 3000-2850 2924.21 4 C-H Alifatik 3000-2850 2970.42 5 Aromatic overtones 1950-1750 1944.77 6 Aromatic overtones 1950-1750 1859.81 7 1979.84 8 C-O Ester 1750-1735 1736.88 9 C=C Alkena 1680-1600 1605.47 10 C=C Alkena 1680-1600 1497.22 12 1458.29 13 CH 3 1400-1325 1381.69 14 C-O (karboksilat) 1300-1000 1180.82 15 C-O Ester 1300-1000 1080.51 16 C-O Ester 1300-1000 1034.51 17 Senyawa lain 650 -1000 895.85 18 733.5 19 694.16
Berdasarkan  gambar  7  dan  tabel  4  diperoleh  spektrum  gugus  fungsi  CDs  yang menunjukkan  serapan  CH 3 pada  regangan  bilangan  gelombang  (1350-1450)  cm -1 yang merupakan jenis senyawa alkana. Serapan inframerah untuk absorpsi C=O berada pada pita regang (1600-1770) cm -1 merupakan senyawa asam karboksilat. Penelitian yang dilakukan menggunakan bahan dasar serbuk Teh sebagai material karbon mempresentasikan hasil yang tidak  jauh  berbeda  kandungan  gugus  fungsi  senyawa  CDs  dengan  menggunakan  metode ablasi laser (Baruah et al., 2014).
Pengamatan morfologi CDs dilakukan pada skala 100 nm dan 20 nm. Pada dasarnya karakterisasi  CDs  mendistribusikan  diameter  rata-rata  kurang  dari  50  nm  dan memperlihatkan  struktur  berbentuk  bola-bola  kecil  yang  hanya  dapat  dilihat  dengan menggunakan  skala  perbesaran.  Pengkuran  skala  20  nm  mempresentasikan  jumlah  CDs
secara  rata-rata  berdiameter  40-50  nm  (Jumardin  et  al,  2021).  Ukuran  CDs  tersebut merupakan hasil analisa berdasarkan pengolahan data untuk satu objek posisi gambar pada
Gambar 8 .  (A) Morfologi CDs skala 100 nm dan (B) morfologi CDs skala 20 nm.
skala  20  nm.  Skala  20  nm  mempresentasikan  nilai  ukuran  CDs  yang  terdistribusi  secara merata  dibawa  ukuran  50  nm.  Penelitian  yang  serupa  dilakukan  menggunakan  panjang gelombang pulsa radiasi laser 1064 nm dan 355 nm memperlihatkan ukruan diameter yang sangat kecil (±0.229 nm) dengan menggunakan HR-TEM (Vino et al., 2014). Berdasarkan hasil tersebut, CDs merupakan nanopartikel yang berbentuk bola dan tersebar merata dengan ukuran  diameter  sebesar  2-7  nm  (Prasannan  &  Imae.  2013).  Metode  ablasi  laser  untuk mensintesis  material  karbon  dengan  panjang  sinar  gelombang  532  nm  dan  energi  0.4  J Nd:YAG memperlihatkan ukuran 59 nm (Ganash et al., 2019).

## 4. SIMPULAN
Nanopartikel  karbon  (Carbon  Dots  atau  CDs)  dari  bahan  organik  (Teh)  yang disintesis  dengan  metode  ablasi  laser  menghasilkan  perubahan  nilai  energi band  gap berdasarkan spektrum UV-Vis DRS.  Perubahan energi band gap terjadi akibat perbedaan durasi  sintesis  ablasi  laser  (1,  2,  3)  jam  pada  transisi  langsung  (n=2)  dan  transisi  tidak langsung (n=1/2). Perubahan panjang gelombang serapan CDs terjadi akibat perbedaan nilai intensitas  reflektansi  (%)  masing-masing  sampel  CDs  serta  durasi  waktu  ablasi  laser. Analisis  gugus  fungsi  menjelaskan  pengaruh  ablasi  laser  terhadap  puncak  bilangan gelombang yang terbentuk sehingga mengindikasikan adanya kandungan senyawa tertentu pada  CDs.  Ukuran  partikel  CDs  sebelum  dan  setelah  ablasi  laser  berubah  berdasarkan pengamatan morfologi dan analisis distribusi dispersi cahaya terhadap material karbon dalam koloid tersebut.
(A) (B)
Jumardin, dkk. / Jurnal Fisika dan Terapannya (2022) Vol. 9 (1): 1 - 15

## 5. DAFTAR PUSTAKA
Abdullahi, S. S., Güner, S., Koseoglu, Y., Musa, I. M., Adamu, B. I., & Abdulhamid, M. I.
(2016).  Sımple  Method  For  The  Determınatıon  of  Band  Gap  of  a  Nanopowdered Sample  Usıng  Kubelka  Munk  Theory.  Journal  of  the  Nigerian  Association  of Mathematical Physics, 35, 12.
Ali, A. G., Dejene, B. F., & Swart, H. C. (2016). The influence of different species of gases on the luminescent and structural properties of pulsed laser-ablated Y2O2S:Eu3+ thin films. Applied Physics A, 122(5), 534. https://doi.org/10.1007/s00339-016-0062-3.
Antonov,  R.  D.,  &  Johnson,  A.  T.  (1999).  Subband  Population  in  a  Single-Wall  Carbon Nanotube  Diode.  Physical  Review  Letters,  83(16),  3274–3276.  https://doi.  org/10. 1103/PhysRevLett. 83. 3274.
Bajpai, S. K., D’Souza, A., & Suhail, B. (2019). Blue light-emitting carbon dots (CDs) from a  milk  protein  and  their  interaction  with  Spinacia  oleracea  leaf  cells.  International Nano Letters, 9(3), 203–212. https://doi.org/10.1007/s40089-019-0271-9.
Bandi, R., Gangapuram, B. R., Dadigala, R., Eslavath, R., Singh, S. S., & Guttena, V. (2016). Facile  and  green  synthesis  of  fluorescent  carbon  dots  from  onion  waste  and  their potential applications  as  sensor and multicolour imaging agents.  RSC Advances, 6 (34), 28633–28639. https://doi.org/10.1039/C6RA01669C.
Baskoutas, S., & Terzis, A. F. (2006). Size-dependent band gap of colloidal quantum dots.
Journal of Applied Physics, 99 (1), 013708. https://doi. org/10. 1063/1. 2158502. Chunduri, L. A. A., Kurdekar, A., Patnaik, S., Dev, B. V., Rattan, T. M., & Kamisetti, V. (2016). Carbon Quantum Dots from Coconut Husk: Evaluation for Antioxidant and Cytotoxic Activity. 8.
Das, S., Ngashangva, L., & Goswami, P. (2021). Carbon Dots: An Emerging Smart Material for  Analytical  Applications.  Micromachines,  12  (1),  84.  https://doi.  org/10.  3390/ mi12010084.
Dewi, A. R. C., Aji, M. P., & Sulhadi, S. (2016). Absorbance Spectrum Carbon Nanodots (C-Dots) Daun Tembakau. Prosiding Seminar Nasional Fisika (E-Journal) SNF 2016 UNJ,  SNF  2016-MPS-129-SNF  2016-MPS-134.  https://doi.  org/10.  21009/ 0305020225.
Golden, M. S., Knupfer, M., Fink, J., Armbruster, J. F., Cummins, T. R., Romberg, H. A., Roth, M., Sing, M., Schmidt, M., & Sohmen, E. (1995). The electronic structure of fullerenes  and  fullerene  compounds  from  high-energy  spectroscopy.  Journal  of Physics:  Condensed  Matter,  7(43),  8219–8247.  https://doi.org/10.1088/0953- 8984/7/43/004.
Haris,  A.,  Widodo,  D.,  S.,  Nuriyanto,  R.  (2014).  Sintesis  dan  Karakterisasi  Nanopartikel Fotokatalis  TiO 2 dengan  Doping  Tembaga  dan  Sulfur  serta  Aplikasinya  pada Degredasi Senyawa Fenol. Jurnal Sains dan Matematika. Vol. 22 (2): 48-51.
Himaja, A. L., Karthik, P. S., Sreedhar, B., & Singh, S. P. (2014). Synthesis of Carbon Dots from  Kitchen  Waste:  Conversion  of  Waste  to  Value  Added  Product.  Journal  of Fluorescence, 24(6), 1767–1773. https://doi.org/10.1007/s10895-014-1465-1.
Jumardin, dkk. / Jurnal Fisika dan Terapannya (2022) Vol. 9 (1): 1 - 15
Hussein, N. L., Khashan, K. S., Rasheed, H. M., Yahaia, H., & ALHaddad, R. M. S. (2019). Simulation  of  Optical  Energy  Gap  for  Synthesis  Carbon  Quantum  Dot  by  Laser Ablation. Iraqi Journal of Science, 5.
Jumardin, J., Maddu, A., Santoso, K., & Isnaeni, I. (2021). Synthesis of Carbon Dots (CDs) and Determination of Optical Gap Energy with Tauc Plot Method. Jambura Physics Journal, 3(2), 73–86. https://doi.org/10.34312/jpj.v3i2.11235.
Kang, X. (2018). Improving the photocatalytic activity of graphitic carbon nitride by thermal treatment in a high-pressure hydrogen atmosphere. Progress in Natural Science, 6.
Kim, M., Osone, S., Kim, T., Higashi, H., & Seto, T. (2017). Synthesis of Nanoparticles by Laser Ablation: A Review. 34, 11.
Morales, A. E., Mora, E. S., & Pal, U. (2007). Use of diffuse reﬂectance spectroscopy for optical characterization of un-supported nanostructures. 6.
Nikov,  R.  G.,  Nedyalkov,  N.  N.,  Atanasov,  P.  A.,  &  Karashanova,  D.  B.  (2017).  Laser- assisted fabrication and size distribution modification of colloidal gold nanostructures by  nanosecond  laser  ablation  in  different  liquids.  Applied  Physics  A,  123(7),  490. https://doi.org/10.1007/s00339-017-1105-0.
Pandiyan, S., Arumugam, L., Srirengan, S. P., Pitchan, R., Sevugan, P., Kannan, K., Pitchan, G., Hegde, T. A., & Gandhirajan, V. (2020). Biocompatible Carbon Quantum Dots Derived from Sugarcane Industrial Wastes for Effective Nonlinear Optical Behavior and  Antimicrobial  Activity  Applications.  ACS  Omega,  5(47),  30363–30372. https://doi.org/10.1021/acsomega.0c03290.
Putro, P. A., & Maddu, A. (2019). Sifat Optik Carbon Dots dari Daun Bambu Hasil Sintesis Hijau Berbantuan Gelombang Mikro. Wahana Fisika, 4 (1), 47.  https://doi. org/10. 17509/wafi. v4i1. 15569.
Qosim, M., & Santoso, I. (2015). Kajian Struktur Pita Elektronik Graphene dan Graphane Menggunakan Model Ikatan Kuat Realistik dengan Ketakteraturan. 55, 6.
Reyes, D. (2016). Laser Ablated Carbon Nanodots for Light Emission. 11.
Shen, J., Shang, S., Chen, X., Wang, D., & Cai, Y. (2017). Facile synthesis of fluorescence carbon dots from sweet potato for Fe3+ sensing and cell imaging. Materials Science and Engineering: C, 76, 856–864. https://doi.org/10.1016/j.msec.2017.03.178.
Singh,  S.  C.,  &  Gopal,  R.  (2012).  Drop  shaped  zinc  oxide  quantum  dots  and  their  self- assembly  into  dendritic  nanostructures:  Liquid  assisted  pulsed  laser  ablation  and characterizations. Applied Surface Science, 258 (7), 2211–2218. https://doi. org/10. 1016/j. apsusc. 2011. 05. 018.
Siuzdak,  K.,  Sawczak,  M.,  Klein,  M.,  Nowaczyk,  G.,  Jurga,  S.,  &  Cenian,  A.  (2014). Preparation of platinum modified titanium dioxide nanoparticles with the use of laser ablation  in  water.  Phys.  Chem.  Chem.  Phys.,  16  (29),  15199–15206.  https://doi. org/10. 1039/C4CP01923G.
Suharman, A., & Vinsiah, R. (2015). The Effect of Carbonisation Temperature Variation to the Adsorption Ability of Rubber Fruit Shell Activated Carbon. 10.
Wei, J., Geng, S., Pitkänen, O., Järvinen, T., Kordas, K., & Oksman, K. (2020). Green Carbon Nanofiber Networks for Advanced Energy Storage. 11.
Jumardin, dkk. / Jurnal Fisika dan Terapannya (2022) Vol. 9 (1): 1 - 15