PENENTUAN NILAI ENERGY GAP LAPISAN TIPIS TiO 2 /C DENGAN MENGGUNAKAN METODE TOUC PLOT
Agus 1 , Helga Dwi Fahyuan 1 , Damris M 2
1 Program Studi Fisika, Universitas Jambi, Jambi, Indonesia
2 Program Studi Kimia, Universitas Jambi, Jambi, Indonesia
Email: agussontak0809@gmail.com

## Abstrak
Telah dilakukan penelitian tentang penentuan nilai energy gap TiO 2 /C dengan menggunakan metode Touc Plot . Tujuan dari penelitian  ini  adalah  untuk  megetahui  pengaruh  penambahan  persen  doping  C  terhadap energy  gap pada  TiO 2 .  Pada penelitian  ini  dilakukan  variasi  persen  doping  C  terhadap  TiO 2 sebesar  0,  0,2,  0.4,  dan  0,6%.  Untuk  memperoleh  nilai energy gap dari TiO 2 /C dilakukan uji transmitansi menggunakan Spektrofotometer UV-Vis. Data transmitansi tesebut diolah menggunakan  persamaan  swanepoel  untuk  menentukan  indeks  bias  dan  ketebalan  lapisan  tipis  dari  TiO 2 /C  yang digunakan untuk  menentukan  nilai energy  gap dengan  menggunakan  metode touc  plot ,  dan  diperoleh  nilai energy  gap masing-masing variasi doping sebesar 3.2, 2.60, 2.77, 3.0 eV. Penambahan doping C pada TiO 2 dapat menurunkan energy gap dari TiO 2 . Tetapi untuk persen doping 0.6%, energy gap meningkat dari 0.2 dan 0.4%
Kata Kunci: TiO 2 /C, Swanepoel, Energy Gap

## PENDAHULUAN
Titanium Dioksida (TiO 2 ) adalah senyawa dengan  formula  TiO 2 yang  berbentuk  bubuk, berwarna  putih.  TiO 2 merupakan  salah  satu bahan  semikonduktor  yang  dapat  diaplikasikan untuk  sel  surya,  sensor  gas,  dan  fotokatalis (Hendri,  2014).  TiO 2 memiliki  nilai energy  gap yang  cukup  lebar  yaitu  3,2-3,8  eV  (Redecka, 2008),  besarnya  nilai energy  gap tersebut menyebabkan aktifitas fotokatalis dari TiO 2 tidak maksimal.  TiO 2 memiliki  rentang  panjang gelombang  200-400  nm,  dimana  panjang gelombang  tersebut  hanya  aktif  pada  spectrum sinar  UV  dan  hanya  mampu  menyerap  cahaya matahari  sebesar  5%.  Untuk  mengefektifkan 95%  penyerapan  cahaya  matahari  harus berada  pada  area  cahaya  tampak  ( visible ), dimana  cahaya  tampak  berada  pada  rentang
panjang  gelombang  400-800  nm.  Maka  perlu dilakukan usaha untuk memperkecil nilai energy gap TiO 2 sehingga  memperbesar  penyerapan rentang  penyerapan  cahaya  matahari,  salah satu
caranya adalah dilakukannya pendopingan. Doping adalah sebagai
penambahan  pengotor  pada  material  dengan tujuan untuk memodifikasi karakteristik elektroniknya (Kusumanigrum, dkk., 2011). Bahan  yang  umum  digunakan  sebagai  doping TiO 2 adalah N, CuO, ZnO, C, Ag, Au, Fe, S, P. Pada  penelitian  ini  TiO 2 akan  didoping  dengan Karbon  (C),  dimana  C  paling  efektif  karena ukurannya  yang  tidak  jauh  berbeda  dengan oksigen  dan  ionisasinya  yang  kecil.  TiO 2 didoping  C  lebih  menjanjikan  dibandingkan dengan  atom  lainnya  karena  memiliki  ukuran atom  yang  mirip  dengan  O  serta  memperbaiki sifat optik dari TiO 2 sehingga dapat menurunkan nilai energi gap. Berdasarkan penelitian Mai dkk (2009)  telah  dilakukan  variasi  persen  doping  C terhadap TiO 2 yaitu 0%, 0,1%, 0,2%, dan 0,3%.
Hasil terbaik pada variasi persen doping C 0,3% yaitu  2,87  eV.  Oleh  karena  itu,  pada  penelitian ini  dilakukan  variasi  penambahan  persen doping  C  terhadap  TiO 2 0%,  0,2%,  0,4%,dan 0,6%.
Dalam  pembuatan  lapisan  tipis  ini banyak  teknik  yang  biasa  digunakan  seperti: spray solution, doctor blade, magneton sputtering, Chemical Deposition  Solution (CDS), dan spin  coating. Dari  teknik-teknik  tersebut, teknik yang digunakan pada penelitian ini adalah spin  coating. Teknik  ini  dipilih  karena  memiliki keunggulan  dari  pada  teknik  lainnya  baik  dari segi  hasil  yang  merata  maupun  langkah  kerja yang  mudah  (Dewi,2017).  Untuk  penentuan energy  gap ,  pada  penelitian  ini  menggunakan metode Tauc Plot ( Bilalodin, 2012).

## METODOLOGI PENELITIAN

## A.  Bahan dan Peralatan
Alat  yang  digunakan  dalam  penelitian  ini adalah pisau mata  intan, penggaris,  pinset, spin coating , gunting, doubletip , sarung tangan karet, masker,  timbang  analitik, Hote  Plate, gelas Beaker, magnetic  stirrer ,  pipet  tetes,  tabung reaksi,  spatula , batang  pengaduk,  selotip, hair dryer, kaca  preparat, furnace  Vulcan dan Spektrofotometer  UV-Vis.  Adapun  bahan  yang digunakan adalah C, TiO 2 , aquades.
B.  Preparasi Substrat Kaca Preparat
Substrat  kaca  preparat  dipotong  dengan ukuran 5 x 5 cm menggunakan pisau mata intan. Substrat kemudian dibersihkan dengan  deterjen untuk  menghilangkan  kotoran  berupa  minyak dan  kotoran  yang  menempel    pada  substrat. Setelah  dibersihan  selanjutnya  dikeringkan dengan  menggunakan hair  drayer .  Selanjutnya substrat  dicuci  kembali  dengan  menggunakan alkohol  70%  dan  dikeringkan  kembali  dengan menggunakan hair  drayer hingga  benar-benar kering.
C.  Sintesis TiO 2 /C
Sebanyak  2  gr  TiO 2 dilarutkan  kedalam 100  mL  aquades  kemudian  diaduk  dengan magnetik  stirrer pada  suhu  80°C  selama  20 menit.  Selama  pengadukan  gelas  ukur  ditutup dengan aluminium foil untuk mengurangi penguapan.  Selanjutnya,  serbuk  C  ditambahkan dengan  variasi  persen  doping  0,  0,2,  0,4,  dan 0,6%  lalu  diaduk  kembali  dengan magnetik stirrer selama 2 jam dan ditutup kembali dengan aluminium  foil. Larutan  kemudian  disimpan  di dalam botol tertutup.
D.  Pedeposisian Lapisan TiO 2 /C Kaca terlebih  dahulu diberi pembatas luar di semua
sisi menggunakan selotip. Penumbuhan lapisan tipis menggunakan metode sol  gel  dengan  teknik spin  coating .  Substrat yang  telah  diberi  pembatas  diletakan  pada piringan spin  coating yang  telah  ditempel dengan  menggunakan doubletip ,  kemudian ditetesi  larutan  TiO 2 /C  sebanyak  3  tetes. Kemudian  dilakukan  pemutaran spin  coating dengan setting kecepatan  putar  1500  rpm selama 30 detik dengan jeda 60 detik.
E.  Analisa  dan  Karakterisasi  Lapisan  Tipis TiO 2 /C
Lapisan  tipis  yang  telah  diperoleh selanjutnya diuji sifat optiknya dengan
menggunakan  UV-Vis.  Pengujian  ini  bertujuan untuk memperoleh nilai transmitansi dan kemudian diolah dengan  persamaan Swanepoul menggunakan  metode Touch  Plot pada  aplikasi ORIGIN untuk  mendapatkan  nilai energy  gap dari masing-masing sampel (Bilalodin 2012) .
2 1 2 2 2 1 2 1      s s n Tm TM Tm TM n N ……..(1)
Dimana n s menyatakan  indeks  bias  kaca,  T M adalah  tranmitansi  maksimum,  dan  T m adalah transmitansi minimum.
JIFP (Jurnal Ilmu Fisika dan Pembelajarannya), Vol. 3, No. 2, Desember 2019, 63-67 ISSN (online): 2549-6158 ISSN (print): 2614-7467

## HASIL DAN PEMBAHASAN
Penentuan Energy Gap
Pada  penelitian  ini  dilakukan  pengambilan data  transmitansi  dengan  panjang  gelombang 200-800  nm  untuk  melihat  sifat  optik  TiO 2 /C. Data transmitansi tersebut akan diolah menggunakan  persamaan Swanepoul untuk menentukan  indeks  bias  dan  ketebalan  lapisan tipis  dari  TiO 2 /C  yang  mana  nantinya  dapat digunakan untuk menentukan energy gap TiO 2 /C menggunakan  metode Tauc  Plot. Metode Tauc Plot yaitu  dengan  menarik  ekstrapolasi  pada daerah  linier  dari  kurva  hubungan  ( hv )  sebagai absis  dan  ( ahv )  sebagai  ordinat  hingga memotong  sumbu  energi.  Hasil  karakterisasi UV-Vis  berupa  transmitansi  terhadap  panjang gelombang ter lihat pada Gambar 1.
Gambar 1. Transmitansi Lapisan TiO 2 /C
Gambar  1  menunjukan  adanya  perubahan transmitansi  lapisan  tipis  TiO 2 dengan  variasi doping  C.  Pada  sampel  TiO 2 /C  0%  diperoleh TM 1 , TM 2 , Tm 1 , Tm 2 adalah 0.450, 0.267, 0.160, 0.234 dengan panjang gelombang  TM 1 dan TM 2 adalah  550  nm  dan  350  nm.  Pada  sampel TiO 2 /C  0,2%  data  transmitansi  mengalami penurunan  dari  0,450  menjadi  0,163.  Tetapi rentang  penyerapan  terhadap  cahaya  matahari pada  sampel  ini  meningkat  pada  panjang gelombang  dari  550-800  nm.  Peningkatan  yang terjadi  pada  panjang  gelombang  tersebut  akan meningkatkan  proses  aktivitas  fotokatalis  pada sinar  tampak.  Penurunan  data  transmitansi  ini
disebabkan  adanya  doping  C  terhadap  TiO 2 . Semangkin  tinggi  persen  doping  C  yang diberikan terhadap TiO 2 maka semakin menurunkan  nilai  dari  transmitansinya.  Hal tersebut  dikarenakan  banyaknya  atom-atom yang terlibat di dalam proses penyerapan berkas cahaya (Kusumanigrum, dkk, 2011). Hal ini juga terjadi  pada  persen  doping  C  0,4%  dan  0,6% yang  mana  data  transmitansi  yang  dihasilkan juga  mengalami  penurunan  menjadi  0,13  dan 0,077.
JIFP (Jurnal Ilmu Fisika dan Pembelajarannya), Vol. 3, No. 2, Desember 2019, 63-67 ISSN (online): 2549-6158 ISSN (print): 2614-7467
Gambar 2. Energy Gap TiO 2 /C (a) 0% (b) 0,2% (c) 0,4% dan (d) 0,6%
Gambar 2 menunjukan hubungan antara energy  gap ( ℎ𝑣 )    terhadap  koefisien  yang diserap  pada  foton  ( 𝛼ℎ𝑣 2 )  sebagai  ordinat hingga  memotong  sumbu  energi  sehingga diperoleh  nilai energy  gap .  Variabel  bebas dinyatakan  oleh  sumbu-X  sedangkan  sumbu-Y menyatakan  variabel  terikat.  Perubahan  nilai 𝛼ℎ𝑣 2 disebabkan  oleh  nilai  transmitansi  yang diperoleh.  Semakin kecil nilai  transmitansi maka 𝛼ℎ𝑣 2 yang  dihasilkan  akan  semakin  besar.  Nilai ℎ𝑣 pada  sumbu-X  dipengaruhi  oleh  panjang gelombang,  yaitu  200-800  nm.  Nilai energy  gap untuk  semua  sampel  lapisan  tipis  dapat  di  lihat pada Tabel 1.
Tabel 1. Nilai energy gap lapisan tipis TiO 2 /C. Lapisan Tipis TiO 2 /C Energy gap (eV) 0% 0,2% 0,4% 0,6% 3,2 2,60 2,77 3,0
Pada  Tabel  1  dapat  dilihat  dari  hasil pengukuran  untuk energy  gap TiO 2 /C  0%, diperoleh Eg sebesar  3,2  eV. Nilai  energy gap sangat  cocok  dengan  nilai energy  gap TiO 2 di literatur,  yaitu  3,2-3,8  eV  (Redecka,  2008).
Secara keseluruhan dengan penambahan doping  C    pada  TiO 2, terjadi  penurunan Eg dari TiO 2, yaitu  2,60  untuk  TiO 2 /C  0,2%,  2,77  untuk TiO 2 /C  0,4%,  dan  3,0  untuk  TiO 2 /C  0,6%. Penurunan Eg yang  paling  optimal  diperoleh pada  penambahan  doping  0,2%  yaitu  2,60.  Hal tersebut disebabkan
karena terjadinya penyempitan pita energi. Peyempitan pita energi ini disebabkan oleh munculnya level energi baru antara  pita  valensi  dan  pita  konduksi  yang disebabkan  adanya  doping  karbon,  level  energi baru  tersebut  terletak  sedikit  diatas  pita  valensi (Morikawa dkk., 2003). Sedangkan untuk TiO 2 /C
0,4%  terjadi  sedikit  kenaikan Eg dari  TiO 2 /C 0,2%,  dan  untuk  TiO 2 /C  0,6%,  terjadi  kenaikan Eg sebesar  3,0  eV.  Kenaikan Eg pada penambahan  doping  0,4  dan  0,6  %  tersebut dikarenakan  penambahan  doping  yang  telah melebihi  batas  maksimum.  Hal  ini  juga  dialami oleh   Wang  (2005)  yang  melakukan  doping  0%, 0,3%,  0,5%  dan  0,7%  terhadap  TiO 2 /C.  Hasil yang didapatkan ialah nilai energy gap mengalami  penurunan  pada  0,3%  dan  0,5%, sedangkan  pada  0,7%  kembali  mengalami kenaikan nilai pita energi. Selain itu Zhou (2012) juga  melakukan  penelitian  TiO 2 /C  dengan persen doping 0,1%, 0,3% dan 0,6%. Hasil yang didapatkan  ialah  nilai energy  gap mengalami penurunan  untuk  sampel  0,1%  dan  0,3% sedangkan pada sampel TiO 2 /C 0,6%
mengalami kenaikan nilai energy gap .
JIFP (Jurnal Ilmu Fisika dan Pembelajarannya), Vol. 3, No. 2, Desember 2019, 63-67 ISSN (online): 2549-6158 ISSN (print): 2614-7467

## KESIMPULAN
Lapisan tipis TiO 2 /C yang dihitung menggunakan  persamaan Swanepoel dengan variasi  doping  C  terhadap  TiO 2 sebesar  0,  0.2, 0.4,  dan  0.6%  energi  gap  yang  dihasilkan sebesar 3.2, 2.66, 2.77, dan 3.0 eV.
Penambahan  doping  C  pada  TiO 2 dapat menurunkan energi gap dari TiO 2 /C.

## SARAN
Perlu  dilakukannya  penambahan  bahan PVA  supaya  pada  saat spin  coating agar  hasil yang  didapatkan  merata  dan  Perlu  dilakukan  uji TEM  untuk  melihat  struktur  atom  yang  terdapat pada lapisan tipis TiO 2 /C.

## UCAPAN TERIMA KASIH
Terima  kasih  kepada  Bapak  Damris pembimbing utama, dan Ibu Helga Dwi Fahyuan selaku  pembimbing  pendamping  yang  telah banyak  membantu  saya  dan  memberi  saran serta  nasehat  dalam  proses  penelitian  maupun penulisan skripsi.

## DAFTAR PUSTAKA
Bilalodin.  2012.  Pembuatan  dan  Penentuan Celah  Pita  Optik  Film  Tipis TiO 2 . Purwokerto. Jurnal Prosiding Pertemuan  Ilmiah  XXVI  HFI  Jateng  & DIY:86-89 Dewi,  WidiyoIko  Suryo  .2017. Studi  Optimasi Pengaruh Perubahan Konsentrasi Terhadap Kecepatan Putar Spin Coating  Pada  Penumbuhan  Membran Polyvinyl  Alcohol  (PVA)  Di  Atas Elektroda Platinum (Pt) (skripsi). Surakarta: Universitas Sebelas Maret.
Hendri,  A.,  2014. Rancang  Bangun  Alat  Spin Coating Sederhana Untuk
Penumbuhan Lapisan Tipis Semikonduktor . Padang : UPI
Kusumanigrum,  J.,  dkk.  2011.  Adsorpsi  Fenol dengan  TiO 2 /Ziolit  Artificial  Berbahan Dasar Sekam Padi dan Limbah Kertas.
Jurnal  Kimia  Sains  dan  Aplikasi,  14,1 26-31
Mai,  L.,  dkk . 2009.  Effect  of  C  Doping  on  the Structural and Optical Properties of Sol Gel  TiO 2 thin  Films. Applied  Surface Science 255 (2009) 9285-9289.
Morikawa, T., dkk. 2003. Visible light photocatalys  nitrogen  doped  titanium dioxide,  R  &  D  Review  of  Toyota CRDL. 40(3): 45-49 Wang, D., dkk. 2005. Synthesis and Characterization  of anatase  TiO2 nanotubes  with  unform  diameter  from titanium powder. Material Letter,
62,1819-1822. Zhao,  Q.,  dkk.  2012.  Facile  Fabrication, Characterization, and enhanced Photoelectrocatalytic degradation performance  of  Highly  Oriented  TiO Nanotube array. Journal of
Nanoparticle  Research,  11,  2153- 2162.