Sintesis Lapis Tipis Fotokatalis ZnO-TiO 2 Menggunakan Metode Sol Gel dengan PEG ( Polyethylene Glycol ) sebagai Pelarut
Synthesis Thin Layer ZnO-TiO 2 Photocatalysts Sol Gel Method by Using The PEG (Polyethylene Glycol) as Solvent
Tanti Haryati *) , Novita Andarini, Mellisa Ika Febrianti Jurusan Kimia, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Jember
*) Email: tanti@unej.ac.id

## ABSTRACT
The incorporation of TiO and ZnO material as a composite, to increase the activity of the catalyst. Synthesis  of  ZnO-TiO 2 thin  layer  made  using  a  sol-gel  method  with  a  variation  of  PEG  as  a solvent. The purpose of this research was to investigate the structure and morphology of ZnO-TiO 2 thin layer on the variation of PEG as a solvent by sol-gel method . Preparation of ZnO sol of the precursor , while the TiO 2 sol synthesized by dissolving the anatase TiO 2 structure into polyethilen glycol  .  Sol  of  ZnO  and  TiO 2 sol  do  sol  mixing  to  form  ZnO–TiO 2 after  it  coated  on  a  glass substrate and then calcined . Products were then characterized by X-ray diffraction to determine the  crystal  structure  and  SEM  to  determine  its  morphology  .  The  test  results  show  the  crystal structure by XRD based difaktogram intensity , the greater the molecular weight of the PEG peak intensity of ZnO-TiO 2 showed the lower. While based on morphological examination , it can be seen that the larger molecular weight PEG , ZnO - TiO2 granular greater
Key words : photocatalyst , TiO 2 , ZnO , sol -gel, PEG ( Polyethylene Glycol ), XRD , SEM

## PENDAHULUAN
Fotokatalis  adalah  suatu  proses  terjadinya reaksi  yang  diperantai  oleh  energi  dari penyinaran  ultra  violet.  Semikonduktor  oksida logam  seperti  TiO 2 sering  digunakan  sebagai fotokatalis  dalam  penanganan  limbah  organik (Wijaya, 2005). Metode fotokatalisis TiO 2 yang banyak  digunakan  oleh  penelitian  sebelumnya pada  dasarnya  memiliki  beberapa  kelemahan yaitu  penggunaan  TiO 2 serbuk  yang  kurang efisien  yang  disebabkan  oleh  beberapa  hal diantaranya, TiO 2 serbuk yang telah terdispersi dalam  zat  warna  sulit  untuk  diregenerasi, turunnya aktivitas TiO 2 konsentrasi TiO 2 akibat adanya  turbulensi  (Tian,  J, et.  al ,  2009). Sementara  itu  ZnO  juga  merupakan  bahan semikonduktor  yang  aktif  selain  TiO 2 . Semikonduktor  ZnO  memiliki  beberapa  sifat yang menguntungkan yaitu memiliki celah pita yang  lebar,  spektrum  emisi  kuat  pada  suhu kamar  dan  bersifat  tranparan  (semikonduktif) jika dikenai sinar, sehingga banyak diaplikasikan  sebagai  bahan  tambahan  untuk meningkatkan  aktivitas  fotokatalis  dari  TiO 2 .
Sebagian besar peneliti semikonduktor fotokatalis membuat lapisan tipis semikonduktor  pada  plat  kaca  dengan menggunakan  metode  seperti  teknik  sol  gel (Nasr, et al , 1998). Penggabungan  antara  TiO 2 dan  ZnO sebagai  suatu  komposit,  untuk  meningkatkan aktivitas  katalis.  Tulisan  ini  melaporkan  hasil penelitian sintesis lapis tipis ZnO-TiO 2 dengan digunakan  variasi  polietilen  glikol.  polietilen glycol  yang  digunakan  pada  penelitian  ini diantaranya  PEG  1500,  PEG  6000  dan  PEG 10000  dengan  menggunakan  metode  sol-gel. Pada  penelitian  ini  menggunakan  teknik  film tipis  dan  karakterisasinya  menggunakan Scanning  Electron  Microscopy (SEM)  dan Difraksi  sinar-X  (XRD  atau  X-ray  difraction). Hasil  dari  sintesis  ZnO-TiO 2 dengan  variasi polietilen glikol akan dilakukan uji karakterisasi  untuk  mengetahui  struktur  dan morfologinya.
Tujuan dari penelitian ini adalah mengetahui  struktur    dan  morfologi  dari  lapis tipis  ZnO-TiO 2 pada  variasi  PEG  sebagai pelarut dengan metode sol-gel.
2 Sintesis Lapis Tipis Fotokatalis… ( Haryati, dkk)

## METODE
Sintesis TiO 2 -ZnO Sintesis  Zn(CH 3 COO) 2 .2H 2 O-TiO 2 diawali dengan pembuatan sol ZnO, Zn(CH 3 COO) 2 .2H 2 O  yang  dilarutkan  kedalam etanol  kemudian  dilakukan  pengadukan  pada temperatur  70 0 C  dan  dilakukan  penambahan tetes  demi  tetes  aquades,  NH 2 CH 2 CH 2 OH  dan etanol  sambil  dilakukan  pengadukan  selama  2 jam  hingga  terjadi  sol  ZnO.  Sedangkan  untuk sol TiO 2 yang pertama dilakukan adalah bubuk TiO 2 (stuktur anatase) ditambahkan PEG 1500 kemudian  ditambahkan  etanol,  dilarutkan  dan diaduk  selama  1  jam.  Setelah  terbentuk  sol ZnO  dan  sol  TiO 2 dilakukan  pencampuran secara  langsung  dan  dilakukan  pengadukan sampai  homogen  hingga  terbentuk  sol  ZnO- TiO 2 .
Kalsinasi  TiO 2 -ZnO Pada  TiO 2 -ZnO  sol  yang  terbentuk  akan dilakukan  pelapisan  dan  pelapisan  hanya dilakukan  sekali  serta  dilakukan  pengeringan. Sebelum  digunakan  proses  pelapisan  kaca tersebut  dibersihkan  dan  dilakukan  pemanasan 100 0 C  selama  15  menit.  Setalah  itu  dilakukan proses pengeringan pada suhu ruang selama 10 menit.
Langkah  berikutnya,  film  tipis  ZnO-TiO 2 dilakukan kalsinasi pada suhu 400 O C selama 1 jam.  Setelah  itu,  film  tipis  itu  akan  di kerinngkan pada temperatur ruang. Selanjutnya sampel  film  TiO 2 -ZnO  dilakukan  untuk karakterisasi XRD dan SEM.

## HASIL DAN PEMBAHASAN
Pertumbuhan ZnO dari prekursor Zn(CH 3 COO) 2 .2H 2 O menggunakan proses sol- gel  umumnya  mengalami  empat  tahap,  yaitu solvasi, hidrolisis,
polimerisasi, dan transformasi menjadi ZnO. Prekursor Zn(CH 3 COO) 2 .2H 2 O  terlarut  dalam  etanol absolut  99,99  %,  dan  kemudian  dihidrolisis, dianggap  sebagai  penghapusan  ion  asetat sehingga  hasil  dalam  zink  hidroksida  berupa koloid-gel. Etanol absolut 99,99 % dapat lebih mudah  bereaksi  untuk  membentuk  prekursor polimer dengan tingkat polimerisasi yang lebih tinggi,
sehingga
diperlukan untuk mengkonversi  sol  menjadi  gel,  ini  terbagi menjadi hidroksida seng kation Zn 2+ dan anion
OH - menurut  reaksi  dan  diikuti  dengan polimerisasi  yang  kompleks  hidroksil  untuk membentuk  ''Zn-O-Zn''  dan  akhirnya  berubah menjadi  ZnO  (Rani, et  al .2008).  Mekanisme reaksinya sebagai berikut:
Solvasi Zn(CH 3 COO) 2 .2H 2 O CH 3 CH 2 OH
+ 2CH 3 COO - Zn 2+ + 2H 2 O
+ 2CH 3 COO - Zn 2+ + 2H 2 O + NH 2 CH 2 CH 2 OH Aquades CH 3 CH 2 OH
Zn(OH) 2 + 2CH 3 CH 2 COONH 4 + H 2 O hidrolisis
Zn(OH) 2 + 2H 2 O Zn(OH) 4 2+ + 2H + polimerisasi Zn(OH) 4 2+ ZnO + H 2 O + 2OH - Transformasi

## Gambar 1. Reaksi pembentukan ZnO
Pembuatan sol TiO 2 ini menggunakan TiO 2 anatase  bukan  dari  prekursor.  Proses  sintesis lapis  tipis  pada  pembuatan  sol  TiO 2 menggunakan  TiO 2 anatase  hal  ini  dilakukan karena  tidak  membutuhkan  waktu  yang  lama untuk  menghasilkan  sol  TiO 2 .  Setelah dilakukan  pencampuran  antara  PEG,  TiO 2 dan etanol  dilakukan  pengadukan  selama  1  jam sampai  terbentuk  sol  TiO 2 .  Kemudian dilakukan pencampuran antara sol ZnO dan sol TiO 2 tetap  dilakukan  pemanasan  hingga terbentuk sol ZnO-TiO 2 . Proses pelapisan ZnO- TiO 2 dengan  variasi  PEG  dapat  diketahui bahwa  pada  proses  pemanasan  setelah dilakukan pencampuran antara sol ZnO dan sol TiO 2 dengan  menggunakan  pelarut  PEG  1500 membutuhkan  waktu  yang  cukup  lama  sekitar 2  jam  untuk  membentuk  sol  ZnO-TiO 2 dan bercak  yang    dihasilkan  setelah  proses  sol-gel juga  kecil  dibandingkan  sol  (ZnO-TiO 2 ):PEG 6000  dan    pada  sol  (ZnO-TiO 2 ):PEG  10000. Hal  ini  di  sebabkan  karena  PEG  pada  proses kalsinasi hilang dan meninggalkan bercak yang sesuai dengan berat molekulnya, semakin berat molekul  PEG  besar  maka  bercak  yang ditinggalkan semakin besar.
Struktur dan Morfologi dari ZnO-TiO 2 Struktur Kristal ZnO-TiO 2 Salah  satu  metode  yang  digunakan  dalam penentuan  struktur  kristal  ZnO-TiO 2 adalah metode difraksi sinar-X. Metode difraksi sinar- X  digunakan  untuk  mengetahui  struktur  dari
ZnO-TiO 2 yang  terbentuk  dengan  meletakkan lapis tipis ZnO-TiO 2 pada holder difraktometer sinar-X. Hasil difraksi sinar-X pada ZnO-TiO 2 menunjukkan  bahwa  titanium  yang  digunakan adalah  polikristal  dengan  struktur  anatase sintetis.  Pola  difraksi  sinar-X  polikristal  TiO 2 - ZnO  diperoleh  dari  difraktometer  sinar-X dengan  radiasi  CuK α ( λ =  1.54056 Ǻ ). Pengukuran  dilakukan  pada  daerah  2 θ =  10 o – 90 o .  Beda  potensial  dan  arus  listrik  yang digunakan  pada  difraktometer  sinar-X  sebesar 40kV dan 30 mA.
Gambar 2. Difraktogram fotokatalis TiO 2 -ZnO (PEG 1500)
Data  difraktogram  pada  Gambar  2  yang diperoleh  dapat  disimpulkan  pembentukan produk  dalam  hal  ini  yaitu  ZnO-TiO 2 yang paling  bagus  pada  sintesis  adalah  pada  (TiO 2 - ZnO):PEG  1500  dengan  perbandingan  1:6, yang  dibuktikan  dengan  pola  difraksi  yang paling  tinggi  intensitasnya  dan  paling  tajam puncaknya.  Hal  ini  dikarenakan  pembentukan sintesis  lapis  tipis  mendekati  sempurna sedangkan  pada    (TiO 2 -ZnO):PEG  1500 dengan  perbandingan  1:2  dan  1:4.  Karena menghasilkan ukuran kristal yang paling kecil, sehingga  ZnO-TiO 2 :  PEG  1500  perbandingan 1:6  selanjutnya  dilakukan  uji  SEM  untuk menganalisa morfologinya.
Hasil  difraktogram  pada  difraksi  sinar-X dari  fotokatalis  (ZnO-TiO 2 ):  PEG  6000  dapat dilihat pada Gambar 3.
Gambar 3 Difraktogram fotokatalis TiO 2 -ZnO (PEG 6000)
Hasil  karakterisasi  XRD  dari  fotokatalis ZnO-TiO 2 dengan  PEG  6000  yang  disintesis dan di kalsinasi suhu 200 ο C-400 ο C membuktikan adanya kristal ZnO-TiO 2 . Hal ini dapat ditunjukkan dengan puncak yang muncul pada  difraktogram  XRD  seperti  yang  terlihat pada gambar 3. Pola difraksi (TiO 2 -ZnO):PEG 6000  pada  perbandingan  1:2  ini  tidak ditemukan  puncak  dari  ZnO  hanya  ditemukan puncak dari TiO 2 . Sedangkan pada difraktogram (TiO 2 -ZnO):PEG 6000
perbandingan  1:4  dan  (TiO 2 -ZnO):PEG  6000 perbandingan  1:6  diketahui  puncak  dari  ZnO- TiO 2 .
Gambar  3  difraktogram  fotokatalis  dapat disimpulkan  bahwa  pembentukan  produk dalam  hal  ini  yaitu  ZnO-TiO 2 yang  paling kristalin  adalah  pada  difraktogram  (TiO 2 - ZnO):PEG 6000 dengan perbandingan 1:4 yang dibuktikan  dengan  pola  difraksi  yang  paling tinggi intensitasnya dan paling tajam puncaknya.  selanjutnya  pada  difraktogram (TiO 2 -ZnO):PEG  6000  dengan  perbandingan 1:4  akan  dilakukan  analisa  morfologinya dengan  menggunakan  Scanning  Electron Microscopy (SEM).
Difraktogram  dari  fotokatalis  (ZnO-TiO 2 ): PEG 10000 dapat diketahui pada difraktogram dari  hasil  difraksi  sinar-X  sebagaimana  pada Gambar 4.
4 Sintesis Lapis Tipis Fotokatalis… ( Haryati, dkk)
Gambar 4 Difraktogram fotokatalis TiO 2 -ZnO
(PEG 10000) Difraktogram (TiO 2 -ZnO):PEG 10000
dengan  perbandingan  1:2,1:4  dan  1:6  seperti yang  terlihat  pada  gambar  4  hanya  diperoleh TiO 2 anatase pada 2 θ : 25,2336°; 25,2487° dan 25,2349°.  ZnO  tidak  ditemukan  pola  difraksi yang  paling  tinggi  intensitasnya  dan  paling tajam  puncaknya,  hal  ini  disebabkan  adanya butiran  kristal  ZnO  yang  terbentuk  sedikit. Oleh  karena  itu  semakin  besar  berat  molekul PEG 10000, semakin panjang rantai pada PEG 10000  menyebabkan  semakin  banyak  partikel ZnO  yang  terjebak  di  dalam  rantai  PEG sehingga  pertumbuhan  kristal  terbatasi  atau terhalangi  dan  butiran  kristal  ZnO  sulit berinteraksi pada PEG karena pori PEG 10000 lebih  besar  dari  pada  diameter  ZnO,  sehingga butiran  kristal  ZnO  yang  terdapat  di  PEG 10000  tidak  terdeteksi  oleh  difraktogram fotokatalis  menggunakan  sinar-X  tetapi  pada TiO 2 terdapat  puncak  yang  terlihat    pada difraktogram sinar-X, hal ini dikarenakan TiO 2 sudah berupa anatase.
Morfologi ZnO-TiO 2 Hasil  XRD  yang  diperlihatkan  pada  gambar  2 sampai dengan 4 tidak menunjukkan perbedaan yang  signifikan  pada  struktur  kristalnya,  akan tetapi  pada  gambar  SEM  sampel  ZnO-TiO 2 yang  divariasi  berdasarkan  PEG  yang digunakan  menunjukkan  perbedaan  morfologi seperti yang ditunjukkan pada gambar 5.
(a) (b) (c)
Gambar 5.   Morfologi  butiran TiO 2 -ZnO dengan pembesaran 30000 kali [a].(TiO 2 -ZnO):PEG 1500 dengan perbandingan 1:6; [b].(TiO 2 -ZnO): PEG 6000 dengan perbandingan 1:4; [c].(TiO 2 -ZnO):PEG 10000
dengan perbandingan 1:4
Gambar  5  dapat  dilihat  morfologi  antara (TiO 2 -ZnO):PEG  1500  perbandingan  1:6, (TiO 2 -ZnO):PEG  6000  perbandingan  1:4,  dan (TiO 2 -ZnO):PEG  10000  dengan  perbandingan 1:4  memiliki  bentuk  morfologi  yang  berbeda- beda.  Hal  ini  dikarenakan  semakin  besar  berat molekul PEG, semakin banyak jumlah partikel zat  terlarut  dalam  volume  tertentu,  sehingga mengakibatkan  semakin  besar  butiran  kristal dan susunan yang semakin teratur,  sedangkan pori yang dihasilkan semakin besar. Sedangkan PEG  10000  mempunyai  rantai  yang  lebih panjang  dibanding  PEG  1500  dan  6000. Panjang  rantai  ini  menyebabkan  semakin banyak  partikel  (TiO 2 -ZnO)  yang  terjebak  di dalam  rantai  PEG  sehingga  pertumbuhan kristal  terbatasi  atau  terhalangi,  karena pertumbuhanya  terhambat,  ukuran  kristal (TiO 2 -ZnO) semakin kecil.

## KESIMPULAN
Berdasarkan  hasil  penelitian  yang  telah dilakukan  dapat  diambil  kesimpulan  bahwa berdasarkan  intensitas  difaktogram,  semakin besar  berat  molekul  PEG  maka  intensitas puncak  ZnO-TiO 2 semakin  rendah  dan  pola difraksi yang didapatkan juga semakin rendah. Berdasarkan  morfologi  lapis  tipis  ZnO-TiO 2 , dapat  diketahui  bahwa  semakin  besar  berat molekul  PEG  maka  dihasilkan  semakin  besar butiran kristalin ZnO-TiO 2 , dan pori-pori yang semakin besar.

## DAFTAR PUSTAKA
Nasr,  C.,  Vinodgopal.,  K.,  Fisher,  L.,
Hotchandani, S., Chattopadhay, A. K., and  Kamat,  P.V.  1999.  Enviromental Photochemistry  on  Semiconductor Surface.Visible Light Induced Degradation  of  a  Textile  Diazo  Dye, Naphthol  Blue  Black  on  TiO 2 Nanoparticles , J.  Phys.  Chem. 100, 8436-8442. Rani,  S.,  Suri,  P.,  Shishodia,  P.K.,  Mehra, R.M., 2008. Synthesis Of Nanocrystalline  Powder  Via  Sol-Gel Route For Dye-Sensitized Solar Cells. Solar  Energy  Materials  and  Solar
Cells, 92(12), 1639-1645. Tian,  J.,  Chen,  L.,  Yin,  Y.,  Wang,  X.,  Dai,  J., Zhu,  Z.,  Liu,  X.,  Pingwei,  W.  2009.
Photocatalyst  Of  TiO 2 /ZnO  Nano Composite Film: Preparation, Characterization,  and  Photodegra- dation  Activity  Of  Methyl  Orange. Surface  and  Coatings  Technology, 204(1–2), 205-214. Wijaya  K.  2005.  Sintesis  TiO 2 -Zeolit  sebagai
Fotokatalis  pada  Pengolahan  Limbah Cair Industri Tapioka Secara Adsorpsi-fotodegradasi. TEKNOIN , 10(4), 257-267.