## SINTESIS DAN KARAKTERISASI KARBON NANODOTS BERBASIS KULIT SINGKONG

## Beatrix M. Nahak, Bartholomeus Pasangka dan Zakarias S. Ngara
Program Studi  Fisika, Fakultas Sains dan Teknik, Universitas Nusa Cendana,
Kupang NTT,85111,Indonesia E-mail: zakariasngara@staf.undana.ac.id

## Abstrak
Dalam  penelitian  ini,  Kami  menyajikan  fabrikasi  karbon  nanodots  (K-dots)  berbasis    kulit singkong  dan  sintesis  K-dots  dengan  logam  tembaga  (Cu).  Tujuan  penelitian  ini  adalah  a) menganalisis spektrum serapan, photoluminisens(PL), dan FTIR K-dots sebelum disintesis dengan logam  Cu,  b)  menentukan  nilai  limit  of  detection  (LOD)  konsentrasi  logam  Cu    yang  dapat dideteksi  oleh    K-dots.  K-dots  berbasis      kulit  singkong  difabrikasi    menggunakan  metode annealing  yang  diikuti  dengan  proses  sonikasi,  sentrifugasi  dan  penyaringan.  K-dots  berbasis kulit singkong ini memancarkan warna emisi biru ketika diradiasi dengan lampu UV 365 nm dan memiliki  photostabilitas  tinggi.  Berdasarkan  hasil-hasil  pengukuran  data,  jangkauan  spektrum serapan  material  K-dots  dengan  konsentrasi 1,25 mg/ml  adalah 220 sampai  dengan 311 nm dengan  puncak  serapan  pada 264 nm.  Ketika  dieksitasi  pada  panjang  gelombang 34 0  nm, jangkauan  spektrum  PL    adalah  360  sampai  dengan    600  nm  dengan  puncak  PL  pada 395 nm yang bersuaian dengan  warna emisi birunya . Pada konsentrasi 1,25 mg/ml, nilai celah energi K- dots  yang  diperoleh  dalam  penelitian  ini  adalah 4,69 eV  dan  bersifat  transisi  langsung. Keberadaan  ikatan  C=O  dan  O-H  dalam  spektrum  FTIR  K-dots  ini  menunjukkan  bahwa permukaan  K-dots  ditutupi  oleh  gugus  karbonil  dan  hidroxil  sehingga  K-dots  memiliki  kelarutan yang  baik  dalam  air.  Ketika  K-dots  direaksikan  dengan  logam  Cu , intensitas  PLnya  melemah. Nilai  LOD  yang  diperoleh  dalam  penelitian  ini  adalah  1,61  μM. Dengan  tingkat  photostabilitas yang  tinggi  dan  memancarkan  warna  emisi  biru  serta  melemahnya  intensitas  PL  K-dots  ketika disintesis dengan logam Cu, K-dots ini memiliki potensi yang signifikan untuk dapat dimanfaatkan sebagai sensor terhadap logam Cu dan piranti-piranti elektronik lainnya .
Kata Kunci : Sintesis; kulit singkong; K-dots; logam tembaga

## Abstract
In  this  reseacrh,  We  demonstrate  the  fabrication  of  carbon  nanodots  (C-dots)  from  cassava  peel and the synthesis of C-dots  with copper metal. The objectives of this  research  are to a) analyze the absorption spectrum, photoluminisens (PL), and FTIR of C-dots before  were synthesized with copper metal, b) determine the  limit of detection (LOD) value  of  copper metal concentration that can  be  detected  by  C-dots.  C-dots  from  cassava  peel  were prepared  using  the annealing  method which  was  followed  with  sonication,  centrifugation  and filtering  process.  These C-dots emit  blue emission colour when irradiated with  UV lamp at 365 nm and had high photostability. Based on the results of data measurement, the range of absorption spectrum of C-dots  with a concentration of 1.25 mg/ml is from 220 to 311 nm with an absorption peak at from 264 nm. When excited at a wavelength of 340 nm, the  PL spectrum range is  from 360 to 600 nm with a  PL peak at 39 5 nm which corresponds with their blue emission color  . At a  concentration of 1.25 mg/ml, the energy gap value of these C-dots is 4.69 eV and direct transition. The presence of C=O and O-H bonds in the FTIR spectrum of C-dots shows that the surface of C-dots is covered by carbonyl and hydroxyl groups so C-dots have good solubility in water. When C-dots were reacted with copper metal , the PL  intensity of the C-dots weakened. The obtained LOD value is 1.61 μM. By high photostability and emit blue emission color as well as the quenching of PL intensity of C-dots, these C-dots have significant potential to be used as sensor to the copper metal and other electronics devices.
Keywords : Synthesis; cassava peel; C-dots;  copper metal

## PEDAHULUAN
Nanoteknologi adalah ilmu dalam penciptaan  nano  material,  sebagai  material fungsional,  pada  piranti-piranti  elektronik. Suatu  bahan  tergolong  nano  material  jika memiliki ukuran 1 sampai dengan 100  nm [1]. Salah  satu  jenis  nano  material  yang  sedang berkembang  saat  ini  adalah  material  karbon nanodots  (K-dots).  Material  K-dots  pertama kali ditemukan pada tahun 2006 dengan teknik laser  ablasi  oleh  Sun,  dkk  [2].  Sejak  saat  itu, penelitian tentang bahan K-dots terus dilakukan  oleh  berbagai  ilmuan  dimana material K-dots memiliki sifat-sifat yang khas, khususnya memiliki fluoresens tinggi sehingga bahan  K-dots  dapat  digunakan  sebagai  sensor [3].  Material  K-dots  tersusun  dari  material yang  organik  yang  yang  mengandung  unsur karbon  dan  tidak  beracun  [4].  K-dots merupakan  material  yang  termasuk  ke  dalam kelas  0  dimensi,  dengan  ukuran  2  sampai dengan  10  nm,  berstruktur  amorf  dan berbentuk  bola  [5].  K-dots  memiliki  emisi dalam  rentang  cahaya  tampak  [6].  Emisi  K- dots  berasal  dari  elektron  yang  mengalami perpindahan  dari  keadaan  tereksitasi  ke keadaan  dasar  dengan  memancarkan  cahaya [7].  Sifat  K-dots  lainnya  yaitu  fotostabilitas yang  tinggi,  biokompatibilitas  yang  baik,  dan preparasi yang mudah.
Sejak  material  K-dots  ditemukan  oleh Sun,  dkk  pada  tahun  2006  dengan  laser  ablasi [2],  Sejumlah  metode  telah  dikembangkan untuk membuat K-dots seperti metode microwave [8], dan hidrotermal [9]. Sejauh ini, ada  sejumlah  penelitian  tentang  pembuatan  K- dots dari bahan organik seperti kulit semangka [10],  bawang  putih  [11],  kulit  jeruk  [12],  jus jeruk  [13],  sekam  padi  [14],  Jus  sirsak,  [15], serbuk  beras  [16],  beras  ketan  hitam  [17]  dan kulit  sirsak  [18].  Dalam  penelitian  K-dots berbasis  kulit  sirsak,  K-dots  direaksikan dengan logam Besi  dan nilai limit of  detection (LOD)  yang  diperoleh  oleh  adalah  0,26  μM [18].
Dalam  penelitian  ini  dilakukan  fabrikasi material  K-dots  dengan  metode  anneling  dari kulit singkong asal kabupaten Malaka, Provinsi  Nusa  Tenggara  Timur,  Indonesia. Kulit  singkong  mengandung  unsur  karbon yang cukup tinggi sebesar 59,31%  [19].  Kulit singkong  d  pilih  sebagai  material  karbon dalam  penelitian  ini  karena  kulit  singkong mengandung  senyawa  karbon  yang  tinggi.
Berdasarkan  pengetahuan  penulis  dan  dari berbagai sumber ilmu pengetahuan  yang tekah dipublikasikan,  sampai  dengan  saat  ini  belum ada  penelitian  yang  telah  dilakukan  tentang fabrikasi  K-dots  berbasis  kulit  singkong  dan aplikasinya  sebagai  sensor  terhadap  ion  logam tembaga  (Cu 2+ ).  Berdasarkan  hasil  penelitian,
K-dots  berbasis  kulit  singkong  memancarkan warna  emisi  biru  dan  dapat  digunakan  sebagai sensor terhadap Cu 2+ .

## METODE PENELITIAN
Alat  dan  Bahan  yang  di  gunakan  yaitu kulit  singkong  dari  Kabupaten  Malaka, Provinsi  Nusa  Tenggara  Timur.  Bahan-bahan kimia  yang  dipakai  seperti  aquades,  etanol, CuCl 2 ,  dan  lain-lain  dibeli  dari  CV.  Sumber Persada  di  kota  Surabaya  dan  toko  Multiguna di  kota  Kupang.  Semua  bahan  kimia  yang digunakan  tanpa  melalui  proses  pemurnian lebih lanjut. Spektrum serapan dan photoluminesens  (PL)  dari  K-dots  diukur dengan spektrofotometer UV-570 model ASCO dan spektrofluometer SHIMADZU RF- 6000.  Pengamatan  warna  pendaran  K-dots menggunakan  lampu  UV  365  nm.  Spektrum FTIR  diukur  pada  suhu  25°C  dengan spektrometer  inframerah  transformasi  Fourier model JASCO FT/IR-4200.
Pada  penelitian  ini,  kulit  singkong  (20 gram) dikeringkan  kemudian  dipanaskan menggunakan furnace pada suhu 400 o C selama 30  menit  untuk  mendapatkan  karbon  yang diindikasikan  dengan  sampel  berwarna  hitam [15,18].  Sampel  yang  dudah  diannealing  (0,5 gram) dilarukan dalam etanol (5 ml) kemudian disonikasi  selama  satu  jam.  Selanjutnya sampelini  dipindahkan  ke  dalam  tabung sentrifugasi dan ditambahkan etanol (8 ml) dan disentrifugasi selama 30 menit dengan kecepatan 1000 rpm. Setelah proses sentrifugasi  sampel  disaring  untuk  mendapat material K-dots.
Pengukuran  spektrum  serapan,  PL  dan dan  FTIR  dari  K-dots  ini  dilakukan  dengan prosedur, yaitu :
 Volume  larutan  K-dots  (750  μL)  ditambah ke  dalam    etanol  (3  mL)  dan  dilakukan pengukuran    spektrum  serapan,  PL  dan  dan FTIR.
 Volume  K-dots  (750  μL)  dicampur  dengan PBS  (750µL)  kemudian  sejumlah  CuCl 2 (50 µL)  dengan  variasi  konsentrasi  (0,5-10  µM) ditambahkan  ke  dalam    etanol  (3  mL)  dan
dilakukan spektrum PL untuk setiap konsentrasi logam Cu.

## HASIL DAN PEMBAHASAN
Proses  fabrikasi  K-dots  dari  kulit singkong  ditunjukkan  pada  Gambar  1.  Kulit singkon  dikeringkan  kemudian  dipanaskan pada  suhu  400 o C    selama  30  menit  yang ditandai  dengan  sampel  warna  hitam  yang mengindikasikan diperolehnya material karbon [15,18,20].  Sampel  ini  dihaluskan  untuk memperoleh  serbuk  kulit  singkong  dengan warna hitam.  Selanjutnya 0.5 gram sampel ini dilarutkan  pelarut  etanol  untuk  dilakukan proses  sonikasi,  sentrifugasi  dan  penyaringan untuk  memperoleh  K-dots.  Kemudian,  K-dots
ini  diradiasi  dengan  lampu  UV  365  nm  untuk menguji warna pendaran apa yang dipancarkabn  oleh  K-dots  berbasis  kulit singkong.    Berdasarkan  hasil  radiasi,  K-dots berbasis  kulit  singkong  memancarkan  warna fluoresens  biru  seperti  yang  ditunjukkan  pada Gambar 1b. Hasil ini sesuai dengan hasil-hasil penelitian sebelumnya [7,10,12,15–18].
Berdasarkan Gambar 2,   K-dots  memiliki sifat fotostabilitas  yang  tinggi  yang  ditandaikan dengan K-dots masih memancarkan warna biru ketika  K-dots  disimpan  dalam  waktu  satu bulan,  tiga  bulan  dan  enam  bulan.  Ketika  K- dots  belum  diradiasi  dengan  lampu  UV  365 nm,  K-dots  todak  memancarkan  warna  emisi seperti  yang  ditunjukkan  pada  Gambar  2a.
Gambar 1. Skema sederhana fabrikasi K-dots dari kulit singkong
Gambar 2 . a) K-dots tanpa diradiasi, b) Pendaran awal K-dots, c) pendaran setelah satu bulan, d) pendaran setelah tiga bulan, e) pendaran setelah enam bulan
(a) (b)
Gambar 3. a) Spektrum serapan (hitam), spektrum PL (biru). b) Spektrum PL dengan variasi Panjang gelombang eksitasi
(a) (b) (c) (d) (e) dipanaskan penghalusan 400 0 C, 30 menit Sonikasi , sentrifugasi, penyaringan Mata telanjang Lampu UV 365 nm
K-dots
Berdasarkan  Gambar  3  (a),  jangkauan spektrum  serapan  K_dots  berbasis  kulit singkong    adalah  dari  250  sampai  dengan  311 nm  dengan  puncak  serapan  pada  264  nm. Ketika  K-dots  dieksitasi  dengan  panjang gelombang  340  nm,  jangkan  spektrum  PLnya adalah dari 360 sampai dengan 600 nm seperti yang  ditunjukkan  pada  Gambar  3b  (kurva warna  biru)  dengan  puncak  PL  pada  394  nm. Hal  menarik  dari  K-dots  ini  adalah  ketika panjang  gelombang  eksitasi  divariasi  dari  280 sampai  dengan  400  nm,  posisi  puncak  PL  K- dots bergeser ke arah panjang gelombang yang lebih  besar  yang  diikuti  dengan  penurunan intensitas PLnya seperti yang ditunjukkan pada Gambar  3b.  Hasil  ini  sesuai  dengan  hasil penelitian  sebelumnya    [7,10,12,18,20].    Pada
Gambar  3(b),  ketika  panjang  gelombang eksitasi  divariasi  dari  280  sampai  400  nm, posisi puncak PL bergeser dari 341 sampai 472 nm.  Gambar  4  mendemostrasikan  spektrum FTIR K-dots  berbasis  kulit  singkong.  Pada spektrum  FTIR  ini,  ikatan  O-H  terjadi  pada bilangan  gelombang  3310,01
,  ikatan  C-
H  pada  bilangan  gelombang  2964,65
,
ikatan C=O pada bilangan gelombang 1647,07 dan ikatan C-O pada bilangan gelombang 1038,34 . Adanya ikatan O-H dan  C=O  pada  spektrum  FTIR  menunjukkan bahwa  permukaaan  K-dots  ini  ditutupi  oleh gugus  hidroksil  dan  karbonil.  Kedua  gugus inilah  yang  menyebakan  K-dots  dapat  larut dalam air [10,12,18,20].
Gambar 4. Spektrum FTIR dari K-dots berbasis kulit singkong
(a) (b)
Gambar 5. (a) Pelemahan spektrum PL K-dots ketika disintesis dengan logam tembaga dengan variasi konsentrasi 0,5 -10 µM, b) Grafik F 0 /F vs konsentrasi logam Cu
Gambar  5  (a)  menunjukkan  pelemahan spektrum  PL  K-dots  ketika  disintesis  dengan
logam  Cu  dengan  konsentrasi  0,5-10  μM. Jangkauan  spektrum  PLnya  adalah  300-600
nm  dengan  panjang  gelombang  eksitasi  280 nm.    Semakin  besar  konsentrasi  logam  Cu, semakin  melemah  intensitas  PL  K-dots. Pelemahan  intensitas  PL  ini  sesuai  dengan hukum  Strem-Volmer.  Pelemah  intensitas  K- dots  ini  ketika  direaksikan  dengan  logam  Cu mengindikasikan  adanya  proses  perpindahan energi  atau  perpidnahan  elektron  dari  K-dots ke  logam  Cu.  Dalam  hal  ini,  K-dots  berfungsi debagai donor dan logam Cu berfungsi sebagai akseptor.  Gambar  5(b)  menunjukkan  grafik perbandingan  intensitas  PL  sebelum  (F 0 )  dan sesudah  (F)  K-dots  disintesis  dengan  logam Cu.  Gambar  5b  ini  diperoleh  menggunakan hukum  Sterm-Volmer  [18].    Berdasarkan Gambar  5b,  nilai  LOD  yang  diperoleh  1,61 μM.  Adalah  pelemahan  intensits  PL  K-dots ketika disintesis dengan logam Cu menunjukkan  bahwa  K-dots  berbasis  kulit singkong  dapat  digunakan  sebagai  sensor erhadap logam Cu.

## KESIMPULAN
Telah  dilakukan  fabrikasi  K-dots berbasis  kulit  singkong  dengan  metode hidrotermal menggunakan furnace yang diikuti dengan  proses  sonikasi,  sentrifugasi  dan penyaringan.    K-dots  ini  memancarkan  warna emisi  biru  dan  memiliki  photostablilitas  yang tinggi. K-dots ini puncak serapan pada 264 nm dan  pulcak  PL  pada  394  nm  ketika  dieksitasi pada panjang gelombang eksitasi 340 nm yang bersesuaian  dengan  warna  emisi  birunya. Adanya  ikatan  O-H  dan  C=O  pada  spektrum FTIR  menunjukkan  bahwa  permukaan  K-dots dilapisi  oleh  gugus  hidroksil  dan  karbonil. Adanya  pendaran  warna  emisi  biru  dan photostabilitas tinggi serta melemahnya intensitas  PL  K-dots  ketika  disintesis  dengan logam  Cu  menunjukkan  bahwa  K-dots  dapat digunakan  sebagai  sensor  terhadap  logam  Cu dan  sebagai  bahan  aktif  altenatif  pada  piranti- piranti elektronik lainnya.

## UCAPAN DAN TERIMA KASIH
Pada kesempatan ini, kami mengucapkkan  terima  kasih  kepada  Kepala Laboratorium  Fisika  Fakultas  Sains  Dan Teknik  Universitas  Nusa  Cendana  yang  telah membantu  menyediakan  beberapa  peralatan untuk  proses  fabrikasi  K-dots,  dan  kepala laboratorium LPPT UGM yang telah membantu untuk pengukuran spektrum serapan, PL dan FTIR K-dots.

## DAFTAR PUSTAKA
1 Budianto.  2015. Pengaruh  Penambahan
Nanopartikel  Perak  pada  Setiap  Sel Elemen Basah (ACCU) terhadap Tegangan  Keluaran  Elemen  Basah
(ACCU). J. Has. Ris. Penelit. Fis. .
2 Sun  YP  et  al.  2006.  Quantum-Sized Carbon  Dots  for  Bright  and  Colorful Photoluminescence. J. Am. Chem. Soc. 128 (24): 7756.
3 Wang Y, Hu A. 2014. Carbon quantum dots: Synthesis, properties and applications.  J. Mater.  Chem.  C. 2 (34):
6921.
4
Bhattacharya  S,  Sarkar  R,  Chakraborty B,  Porgador  A,  Jelinek  R.  2017.  Nitric oxide sensing through azo-dye formation on carbon dots. ACS sensors.
2 (8): 1215.
5 Georgakilas  V,  Perman  JA,  Tucek  J,
Zboril R. 2015. Broad family of carbon nanoallotropes: classification,
chemistry, and applications of fullerenes,  carbon  dots,  nanotubes, graphene, nanodiamonds, and combined  superstructures.  Chem.  Rev. 115 (11): 4744.
6 Cao  L  et  al.  2007.  Carbon  dots  for multiphoton  bioimaging.  J.  Am.  Chem. Soc. 129 (37): 11318.
7 Qu  S,  Wang  X,  Lu  Q,  Liu  X,  Wang  L. 2012. A Biocompatible Fluorescent Ink Based  On  Water‐Soluble  Luminescent Carbon Nanodots. Angew Chem  Int Ed Engl. 51 (49): 12215.
8 Qin X, Lu W, Asiri AM, Al-Youbi AO,
Sun  X.  2013.  Microwave-Assisted Rapid Green Synthesis of Photoluminescent  Carbon  Nanodots from  Flour  and  Their  Applications  for
Sensitive  and  Selective  Detection  of Mercury(II)  Ions.  Sensors  Actuators  B Chem. 184 : 156.
9 Zhou J, Booker C, Li R, Zhou X, Sham TK,  Sun  X,  Ding  Z.  2007.  An
Electrochemical Avenue To Blue Luminescent Nanocrystals From Multiwalled Carbon Nanotubes (MWCNTs).  J.  Am.  Chem.  Soc.
129 (4): 744.
10 Zhou J, Sheng Z, Han H, Zou M, Li C. 2012.  Facile  synthesis  of  fluorescent carbon dots using watermelon peel as a
carbon source. Mater. Lett. 66 (1): 222.
11 Zhao S, Lan M, Zhu X, Xue H, Ng TW, Meng  X,  Lee  CS,  Wang  P,  Zhang  W.
2015.  Green  Synthesis  of  Bifunctional Fluorescent  Carbon  Dots  from  Garlic for  Cellular  Imaging  and  Free  Radical Scavenging. ACS Appl. Mater. Interfaces. 7 (31): 17054.
12 Lu  W,  Qin  X,  Liu  S,  Chang  G,  Zhang Y,  Luo  Y,  Asiri  A,  Al-Youbi  AO,  Sun X.  2012.  Economical,  Green  Synthesis of  Fluorescent  Carbon  Nanoparticles and  Their  Use  as  Probes  for  Sensitive and Selective Detection of Mercury (II) Ions. Anal. Chem. 84 (12): 5351.
13 Sahu S, Behera B, Maiti TK, Mohapatra  S.  2012.  Simple  One-Step Synthesis of Highly Luminescent Carbon  Dots  from  Orange  Juice:
Application  as  Excellent  Bio-Imaging Agents. Chem. Commun. 48 (70): 8835.
14 Jaya  MA,  Johannes  AZ,  Pingak  RK, Ngara  ZS.  Analisis  Spektrum  Serapan Dan Photoluminesens Karbon Nanodots  (K-Dots)  Berbasis  Sekam Padi  Asal  Kabupaten  Kupang  Seminar Nasional  Ilmu  Fisika  dan  Terapannya (Vol.1,  No.  1).  Universitas  Nusa
Cendana, Kupang. pp 102–9.
15 Ngara ZS, Pasangka B, Ngana FR, Elin
A.  2021.  Sistesis  Material  Karbon Nanodots  Dari  Buah  Sirsak  Dengan Logam  Besi  Dan  Kajian  Spektrum Serapannya.  J.  Fis.  Fis.  Sains  dan  Apl.
6 (1): 1.
16 Jaya  M,  Johannes  AZ,  Pingak  RK, Ngara  ZS.  2022.  Study  on  Optical Properties  of  Carbon  Nanodots  by Annealing  of  Rice  Powder  as a  Carbon Source.  J.  Phys.  Conf.  Ser.  IOP  Publ. 2243 (1): 1. 17 Mamut AM. Analisis Tingkat Selektivitas  Karbon  Nanodots  (k-dots) Berbasis  Beras  Ketan  Hitam  Terhadap Logam Besi dan Magnesium. Universitas Nusa Cendana.
18 Ikawati  I,  Melati  M.  2010.  Pembuatan Karbon  Aktif  dari  Limbah  Kulit Singkong  UKM  Tapioka  Kabupaten
Pati. J. Tek. Kim. 5 (1): 1. 19 Baker  S.,  Baker  G.  Luminescent Carbon Nanodots: Emergent Nanolights. Angew. Chemie Int.
49 (38): 6726.
20 Murugan  N,  Sundramoorthy  A.  2018. Green  synthesis  of  fluorescent  carbon dots  from  Borassus  flabellifer  flower for  label-free  highly  selective  and sensitive  detection  of  Fe3+  ions,.  New J. Chem. 42 (16): 13297.