KARAKTERISASI SIFAT OPTIK DAN SINTESIS MATERIAL KARBON NANODOTS DARI KULIT JERUK DENGAN LOGAM TEMBAGA
Mariani R. Maunino, Zakarias. S. Ngara, Redi K. Pingak dan Albert Z. Johannes Jurusan Fisika Fakultas Sains dan Teknik, Universitas Nusa Cendana Jl. Adi Sucipto-Penfui Kota Kupang, Nusa Tenggara Timur, 85148, Indonesia e-mail: marianimaunino2001@gmail.com

## Abstrak
Karakterisasi karbon nanodots (K-dots) yang difabrikasi dari kulit jeruk asal Kabupaten TTS dan disintesis dengan logam tembaga telah dilakukan dengan tujuan: 1) menganalisis sifat-sifat optik material K-dots dari kulit jeruk, 2) menganalisis spektrum serapan, photoluminesens, dan FTIR K- dots  ketika  disintesis  dengan  logam  Cu,  dan  3)  menentukkan  nilai  Limit  Of  Detection  (LOD) konsentrasi  logam  Cu  yang  dapat  dideteksi  oleh  k-dots.  K-dots  berbasis  kulit  jeruk  di  fabrikasi dengan metode annealing, kemudian diikuti dengan proses sonikasi, sentrifugasi dan penyaringan. K-dots ini berpendar dan memancarkan emisi warna biru ketika diradiasi dengan lampu UV 365 nm.  Berdasarkan  hasil  pengukuran  data,  spektrum  serapan  K-dots  ini  memiliki  puncak  serapan pada  panjang  gelombang  260  nm  dengan  jangkauan  daerah  panjang  gelombang  dari  249  nm sampai  349  nm.  Ketika  dieksitasi  pada  panjang  gelombang  340,  jangkauan  spektrum photoluminesens dari K-dots 360 sampai 600 nm dengan puncak photoluminesens adalah 402 nm yang  sesuai  dengan  pancaran  warna  birunya.  K-dots  memiliki  photostabilitas  yang tinggi.  Pada konsentrasi  1,5  mg/mL,  nilai  celah  energi  material  K-dots  yang  diperoleh  dalam  penelitian  ini adalah  3,35  eV  dan  bersifat  direct.  Adanya  ikatan  O-H  dan  C=O  pada  spektrum  FTIR  K-dots mengindikasikan  bahwa  permukaan  K-dots  dilapisi  (ditutup)  oleh  gugus  hidorxyl  dan  karbonil sehingga K-dots memiliki kelarutan yang baik dalam air. Nilai LOD adalah 0,74 𝜇𝑀 . Ketika K-dots disintesis dengan logam tembaga intensitas fluoresensnya melemah. Hal ini menunjukkan bahwa K-dots dapat diaplikasikan sebagai sensor terhadap logam tembaga.
Kata kunci : Karakterisasi; Fabrikasi; karbon nanodots; kulit jeruk; logam tembaga.

## Abstract
[Title: Characterization Of Optical Properties And Synthesis Of Carbon Nanodots Material From Orange Peel With Copper Metal] Characterization of Carbon nanodots (C-dots) fabricated from orange peels from TTS Regency and synthesized with copper metal has been carried out the aim of this research is to: 1) Analyze the optical properties of C-dots material from orange peel, 2) Analyze absorption,  photoluminescence,  and  FTIR  spectra  when  synthesized  with  Cu  metal,  and  3) Determine the Limit Of Detection (LOD) value of Cu metal concentration that can be detected C- dots.  C-dots  based  on  orange  peel  were  fabricated  by  annealing  method,  then  followed  by sonication,  centrifugation  and  filtration  processes.  These  C-dots  and  emit  blue  emissions  when irradiated  with  a  365  nm  UV  lamp.  Based  on  the  results  of  data  measurements,  the  absorption spectrum of these C-dots has an absorption peak at 260 nm with wavelength range from 249 nm to 349 nm. When excited at wavelength 340, the range of the photoluminescence of C-dots is from k- dots 360 to 600 nm with a photoluminescence peak is 402 nm corresponding to them blue emission. C-dots have high photostability. At a concentration of 1.5 mg/mL, the energy gap value of the k-dots material obtained in this study was 3.35 eV and direct.  The presence of O-H and C=O bonds in the FTIR spectrum of C-dots indicates that the surface of  is coated (closed) by hydorksil and carbonyl groups so that C-dots have good solubility in water. The LOD value is 0.74 μM. When k-dots are synthesized with copper metal, their photoluminescence intensity weakens. This shows that C-dots can be applied as sensors to copper metal.
Keywords : Characterization; Fabrication; carbon nanodots; orange peel; copper metal

## PENDAHULUAN
Dalam  beberapa  tahun  terakhir  karbon nanodots  (K-dots)  telah  banyak  menarik perhatian  luar  biasa  karena  sifat  yang  unik. Karbon  nanodots  (K-Dots)  merupakan  bahan karbon  baru  yang  berukuran  dibawah  ~10  nm. Sejak ditemukannya  nanopartikel  K-dots sebagai bahan baru dari karbon, kajian intensif mengenai  K-dots  terus  berkembang  dengan cepat  hingga  saat  ini.  K-dots  menjadi  fokus penelitian  yang  dikaji  dan  dikembangkan penerapannya  dalam  beberapa  aplikasi  [1].  K- dots  ditemukan  pertama  kali  pada  tahun  2004 sebagai  salah  satu  zat  yang  dihasilkan  dengan metode  elektroforensis  dari  pemurnian single- walled karbon nanotubes (SWCNT) [2]. K-dots merupakan  salah  satu  jenis  nanomaterial dengan ukuran 2-10 nm, berstruktur amorf, dan berbentuk  bola.  k-dots  mempunyai  kelarutan yang  tinggi  bila  direaksikan  dengan  air,  dan tidak beracun [3].
Material  k-dots  pertama  kali  ditemukan pada tahun  2006  oeh  Sun,  dkk  dengan  metode ablasi  laser.  Sejak  saat  itu,  riset  tentang pembuatan  k-dots  terus  dikembangkan  karena, material k-dots memiliki sifat yang unik, seperti fotostabilitas yang tinggi, toksitas yang rendah, biokompatibilitas, fungsionalisasi yang mudah, dan flouresensnya yang kuat [4] photoluminesens atau  fluoresens  yang  tinggi sehingga  k-dots  bisa  dimanfaatkan  sebagai sensor [5],  keberadaan yang melimpah di alam (Li, dkk., 2013) serta  tahan terhadap photobleaching [6]  Material  k-dots  ini  juga ramah  lingkungan  kerena  didapat  dari  bahan- bahan organik.
Gambar 1. Struktur molekul K-dots
Material K-dots tersusun atas unsur-unsur C, H, N, dan O dengan unsur C dan O memiliki komposisi  massa  yang  besar  karena  kehadiran gugus  asam karboxylic sehingga  K-dots memiliki  kelarutan  yang  baik  dalam  air  [7].
Dalam material K-dots, komposisi massa unsur C,  H,  N  dan  O  masing-masing  adalah  53.9%, 2.6%,  1.2%,  dan  40.3%.  Sedangkan  dalam material  karbon  biasa,  komposisinya  masing- masing  adalah  91.7%,  1.8%,  1.8%  dan  4.4%. Material  K-dots  memiliki  beberapa  kelompok fungsional material seperti amino, epoxy , ether , carbonyl , hydroxyl dan  asam carboxylic [8]. Gugus hydroxyl inilah  yang  menyebabkan  K- dots memiliki kelarutan yang baik dalam air.
Sejauh ini, material K-dots telah diaplikasikan  sebagai  material  aktif  pada berbagai  piranti  elektronik,  antara  lain light emitting diode (LED) [9], display, sensor [5,9], dan  sel  surya[5].  K-dots  digunakan  dalam beragam  aplikasi  seperti biomedical  imaging, analyte detection, full collor display, dan light emitting devices [10]
Sejauh  ini  sudah  ada  beberapa  kajian dengan  K-dots  dari  kulit  jeruk  seperti  yang dilakukan oleh Wenbo, dkk. Pada penelitiannya K-dots kulit jeruk disintesis dengan logam Hg 2+ dan  juga  dilakukan  selektivitas  terhadap beberapa  logam  [11].  Namun  ada  perbedaan dalam logam yang digunakan.
Pada  peneletian  ini,  kami  membuat  K- dots  dari  kulit  jeruk  asal  Kabupaten  Timor Tengah Selatan, Provinsi Nusa Tenggara Timur di  Indonesia,  akan  digunakan  sebagai  sumber K-dots  dengan  metode anealling untuk menghasilkan  K-dots  berfluoresens  tinggi.    K- dots  memancarkan  emisi  warna  biru  Ketika diradiasi  dengan  lampu  UV  365  nm.  Pada konsentrasi 1,50 mg/mL puncak serapan K-dots yaitu  260  nm  dengan  puncak  photoluminesens 402  nm  Ketika  dieksitasi  dari  Panjang gelombang eksitasi 340 nm, puncak photoluminesens  ini  sesuai  dengan  emisi  biru. Hal  yang  menarik,  semakin  besar  Panjang gelombang eksitasi posisi puncak
photoluminesens  material  K-dots  bergeser kearah Panjang gelombang yang lebih panjang dan  diikuti  dengan  penurunan  intensitas fluoresensnya  [12].  Pada  hasil  penelitian  kali ini,  K-dots  akan  diaplikasikan  sebagai  sensor terhadap logam lembaga.

## METODE PENELITIAN Fabrikasi Material K-dots dari kulit jeruk
Fabrikasi  material  K-dots  berbasis  kulit jeruk  dengan  metode annealing. Kulit  jeruk dijemur, kemudian sebanyak 20 gram dibakar di furnace pada suhu 400 O c selama 20 menit untuk mendapatkan  karbon.  Sampel  dihaluskan
kemudian,  sebanyak  0,5  gram  dilarutkan dengan  5  mL  etanol  lalu  disonikasi  selama  1 jam,  lalu  didiamkan  selama  10  menit. Kemudian,  larutan  hasil  sonikasi  ditambahkan dengan  8mL  lalu  disentrifugasi  dengan kecepatan  1000  rpm  selama  20  menit.  Sampel hasil  sentrifugasi  didiamkan  24  jam  dan dilakukan  penyaringan  untuk  memisahkan larutan  dan  serbuk  K-dots.  Hasil  larutan kemudian  diradiasi  dengan  lampu  UV  365  nm untuk melihat keberadaan K-dots dalam larutan tersebut.
Sintesis K-dots dengan logam CuCl 2 750 μ L  K-dots  dalam  3  mL  etanol dicampur  dengan  750 μ L  PBS  kemudian sejumlah  ion  CuCl 2 dengan  variasi  konsentrasi (0,5-10 μ M)  dimasukkan  ke  dalam  larutan  ini selama  satu  jam.  Selanjutnya  dilakukan pengukuran spektrum fluorensensnya.

## Pengukuran spektrum  fluoresens dan  FTIR K-dots
a. Volume  larutan  K-dots  750  µL  ditambah  3 mL  pelarut  etanol  untuk  diukur  spektrum serapannya dan FTIR
b. Volume larutan K-dots 750 µL, 750 µL PBS dan ditambahkan dengan 3 mL pelarut etanol diukur  spektrum  fluoresensnya  dengan spektrometer  PL  pada  daerah  pengukuran
200-800 nm

## HASIL DAN PEMBAHASAN
Dalam penelitian ini, kulit jeruk digunakan sebagai material K-dots (Gambar 2a) kullit  jeruk  dijemur,  kemudian  dibakar  pada furnace  dengan  suhu  400 o C  selama  20  menit dan  menghasilkan  serbuk  hitam  sebagai indikasi  terbentuknya  karbon  (Gambar  2b), selanjutnya  sampel  dihaluskan  dan  ditimbang sebanyak 0.5gram ditambahkan 5 ml etanol lalu disonikasi  selama  1  jam  (Gambar  2c).  Setelah itu,  sampel  hasil  sonikasi  dimbahkan  8  ml etanol  dan  disentrifugasi  dengan  kecepatan 1000 rpm selama 20 menit (Gambar 2d), setelah itu  sampel  didiamkan  selama  24  jam  dan disaring (Gambar 2f).
a b c d e f
Gambar  2.  (a)kulit  jeruk  (b)kulit  jeruk  setelah dibakar,  (c)  sampel  yg  disonikasi, (d)  sampel  yang  disentrifugasi,  (e) larutan  K-dots  sebelum  diradiasi, (f)K-dots  setelah  diradiasi  dengan lampu UV 365 nm
Selanjutnya (Gambar 2f) sampel diradiasi dengan  lampu  UV  365  nm,  K-dots  berpendar memancarkan warna biru.

## Spektrum  serapan,  photoluminesens  dan FTIR

## Gambar 3. Spektrum serapan K-dots
Berdasarkan Gambar 3, jangkauan spektrum serapan dari Panjang gelombang 249 nm  s/d  349  nm.  Nilai  absorbansi  material  K- dots yaitu 0,921 dan puncak serapan material K- dots pada 260 nm, yang merupakan karakteristik dari spektrum serapan material K- dots [13].
Gambar 4. Spektrum PL K-dots dengan Variasi Panjang gelombang eksitasi
Berdasarkan  Gambar  4,  K-dots  dengan Panjang  gelombang  eksitasi  340  nm,  memiliki emisi yang kuat pada daerah 360 nm s/d 600 nm dengan  puncak  PL  pada  402  nm.  Berdasarkan posisi  puncak  serapan  (260  nm)  dan  spektrum PL (402 nm) dari k-dots. Hal ini sesuai dengan sifat  K-dots  pada  umumnya,  bahwa  spektrum fluoresens  sangat  bergantung  pada  Panjang gelombang  eksitasi.  Adanya  peningkatan panjang  gelombang  eksitasi  mengakibatkan pergeseran  dari  posisi  puncak  PL  ke  panjang gelombang yang lebih panjang sehingga terjadi penurunan  intensitas  PL  seperti  pada  (Gambar 4). Gambar 4 menunjukkan puncak PL dengan variasi  panjang  gelombang  eksitasi,  panjang gelombang 𝜆 𝑒𝑥 =280  puncak  PL  342  nm, 𝜆 𝑒𝑥 =300  puncak  PL  360  nm, 𝜆 𝑒𝑥 =320  puncak PL 376 nm, 𝜆 𝑒𝑥 = 330 puncak PL 388 nm, 𝜆 𝑒𝑥 = 340  puncak  PL  402  nm, 𝜆 𝑒𝑥 =  375  puncak  PL 431 nm, 𝜆 𝑒𝑥 = 400 puncak PL 463 nm.
Gambar 5. Spektrum FTIR K-dots kulit jeruk
Berdasarkan  Gambar  5,  K-dots  dari kulit  jeruk  terdapat  gugus  fungsi  ikatan  O-H pada 3315,8 cm 1 , ikatan C-H pada 2958,12 cm -
1 , ikatan C=O pada 1682, 62 cm - 1, dan ikatan C- O  pada  1038,34  cm -1 .  Pada  spektrum  FTIR tersebut  terdapat  gugus  fungsi  O-H  dan  C=O yang  merupakan  gugus  fungsi  hidroksil  dan karboksil. Hasil menunjukkan diperolehnya K- dots  dari  kulit  jeruk.  Logam  tembaga  yang berikatan  dengan  gugus  H-O  mengalami penurunan  puncak.  Hasil  dari  spektrum  FTIR K-dots  terdapat  gugus  hidroksil  dan  karbonil yang  mengakibatkan  K-dots  larut  dengan  baik dalam air.

## Celah Energi K-dots kulit jeruk
Gambar  6.  Celah  energi  langsung  dan  celah energi tidak langsung K-dots kulit jeruk
Berdasarkan  Gambar  6,  nilai  celah energi  material  K-dots  dengan  konsentrasi  1,5 mg/mL  yaitu  3,35  eV.  Nilai  celah  energi langsung ( direct ) yaitu 3,42 eV dan nilai celah energi tidak  langsung  ( indirect ) yaitu 2,44 eV.
Berdasarkan  nilai  celah  energi  langsung  dan tidak langsung  dapat disimpulkan bahwa celah energi  dari  material  K-dots  yang  diperoleh termasuk  dalam  celah  energi  langsung,  karena nilai  celah  energi  langsung  yang  didapat  lebih mendekati  panjang  gelombang  pancung  (tepi serapan).
Gambar  7(a).  Spektrum  PL  K-dots  yang disintesis dengan logam tembaga
Gambar 7(b) Grafik F 0 /F konsentrasi 0,5-10 μM
Berdasarkan Gambar 7 (a), menunjukkan spektrum  fluoresens  ketika  K-dots  disintesis dengan  logam  tembaga  dan  ditambah  dengan PBS  dengan  variasi  konsentrasi  yaitu  0,5- 10 μM. Gambar  7(a).  menunjukkan  bahwa jangkauan  spektrum  serapan  K-dots  akan semakin  panjang  ketika  konsentrasi  logam tembaga  juga  semakin  meningkat.  Semakin besar  konsentrasi  logam,  maka  semakin panjang jangkauan spektrum serapannya sehingga  nilai  absorbansinya  semakin  tinggi. Gambar  7(b),  menunjukkan  bahwa  K-dots dengan konsentrasi 0,5-10 μM ketika dianalisis didapat  nilai  LOD  maksimum  yang  bisa dideteksi  oleh  material  K-dots  yaitu 0,74 μM .
Dari hasil  yang  didapat bisa dibuktikan bahwa k-dots dari kulit dapat digunakan sebagai sensor dan juga sebagai piranti elektronik lainnya [13].

## KESIMPULAN
Kami telah mencoba metode sederhana untuk mendapatkan k-dots dengan bahan dasar dari kulit jeruk. K-dots berpendar memancarkan
warna  biru  dan  juga  memiliki  fotostabilitas yang tinggi dan memiliki emisi warna biru yang baik  setelah  disimpan  sampai  empat  bulan.  K- dots memiliki puncak serapan pada 260 nm dan puncak  PL  402  nm  sesuai  dengan  warna pendaran  yang  dihasilkan.  K-dots  mengalami peningkatan Panjang gelombang eksitasi menyebabkan  penurunan  intensitas  PL  dan terjadi  pergeseran  posisi  puncak  PL  kearah Panjang gelombang yang lebih Panjang. Ketika K-dots  disintesis  dengan  logam  tembaga  akan mengalami  penurunan  intensitas  sehingga  K- dots  dapat  digunakan  sebagai  sensor.  Adanya gugus  fungsi  O-H  dan  C=O  menunjukkan bahwa  permukaan  K-dots  dari  kulit  jeruk dilapisi dengan gugus hidroksil dan karboksil.

## DAFTAR PUSTAKA
1 Triwardiati  D,  Ermawati  IR.  Analisis
Bandgap  Karbon  Nanodots  (  C-Dots  ) Kulit  Bawang  Merah  Menggunakan Teknik  Microwave  Seminar  Nasional TEKNOKA.  vol  3  Fakultas  Keguruan dan Ilmu Pendidikan, Universitas Muhammadiyah  Prof.  DR.  HAMKA, Jakarta. pp 25–30. 2
Xu  X,  Ray  R,  Gu  Y,  Ploehn  HJ, Gearheart  L,  Raker  K,  Scrivens  WA.
2004.  Electrophoretic  Analysis  and Purification  of  Fluorescent  Single- Walled Carbon Nanotube Fragments. J. Am. Chem. Soc. 126 (40): .
3 Ghifari  AD  Al,  Putra  WP,  Isnaen. Analisis fotoluminesensi karbon dot dari daun teh dan daun pepaya dengan teknik microwave Prosiding Seminar Nasional Fisika  (E-Journal)  SNF2017.  vol  VI Prodin  Pendidikan  Fisika  dan  Fisika, FakultasMIPA, Universitas Negeri Jakarta, Jakarta. pp 19–26.
4 Luo PG, Sahu S, Yang S-T, Sonkar SK, Wang J, Wang H, LeCroy GE, Caoa L, Sun Y-P. 2013. Carbon ‘Quantum’ Dots For  Optical  Bioimaging.  J.  Mater.
Chem. B. 1 (16): 2116.
5 Wang Y, Hu A. 2014. Carbon Quantum Dots: Synthesis, Properties and Applications. J. Mater. Chem. C. 2 (34): 6921.
6 Li  H,  Kang  Z,  Liu  Y,  Lee  S-T.  2012. Carbon Nanodots: Synthesis, Properties and  Applications.  J.  Mater.  Chem. 22 (46): 24230.
7 Gupta  V,  Chaudhary  N,  Srivastava  R,
Sharma  GD,  Bhardwaj  R,  Chand  S. 2011. Supporting Information Luminscent  Graphene  Quantum  Dots (GQDs) for Organic Photovoltaic Devices. http://en.wikipedia.org/wiki/Aniline.
8 Roy P, Chen P, Periasamy AP, Chen Y, Chang  H.  2015.  Photoluminescent carbon nanodots : synthesis , physicochemical properties and analytical  applications.  Mater.  Today.
18 (8): 447.
9 Sugiarti  S,  Darmawan  N.  2015. Synthesis of fluorescence carbon nanoparticles from ascorbic acid. Indones. J. Chem. 15 (2): 141.
10 Bao  L,  Liu  C,  Zhang  Z-L,  Pang  D-W.
2015. Photoluminescence-Tunable Carbon Nanodots: Surface-State Energy-Gap Tuning. Adv. Mater.
27 (10): 1663.
11 Lu W, Qin X, Liu S, Chang G, Zhang Y, Luo Y, Asiri AM, 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. 12 Baker SN, Baker GA. 2010. Luminescent carbon nanodots: Emergent  nanolights.  Angew.  Chemie Int. Ed. 49 (38): 6726.
13 Ngara ZS, Pasangka B, Ngana FR, Elin A. 2021. SINTESIS MATERIAL
KARBON  NANODOTS  DARI  BUAH SERAPANNYA. J. Fis.  Fis. Sains dan Apl. 6 (1): 1.