MATERIAL FOSFOR KARBON NANODOT DAN SIFAT LUMINESCENCESRI AWALIYAH RAHMAH (1127030066)FISIKASAINS DAN TEKNOLOGIUNIVERSITAS ISLAM NEGERISUNAN GUNUNG DJATI BANDUNGTAHUN 2014Email : sri.awaliyah@student.uinsgd.ic.id

ABSTRAKDilakukan eksperimen tentang material fosfor karbon nanodot dan sifat luminescence. Karbon nanodot adalah partikel karbon yang mempunyai diameter dari 1 sampai 10 nm. Ukuran karbon nanodot ini berada diantara ukuran molekul klaster dan karbon bulk. Metode eksperimen ini, salah satu metode kimia-fisika yang mudah yaitu pemanasan menggunakan gelombang mikro (microwave heating). Metode pemanasan gelombang mikro telah banyak digunakan sebagai metoda yang umum digunakan untuk mempersiapkan CNDs dengan distribusi ukuran dan morfologi partikel yang dapat dikontrol. Dalam eksperimen ini menggunakan bahan asam sitrat, urea, dan pelarut air. Dengan memanasakan setiap sampel menggunakan microwave rumah menggunakan daya dan waktu tertentu, dengan wadah tertutup, kemudian sinari larutan tersebut dengan sinar UV untuk mengetahui pendaran yang dihasilkan oleh karbon nanodot. Eksperimen ini bertujuan untuk memahami sintesis CND menggunakan pemanasan gelombang mikro dan membuat lapisan tipis CND pada subtrat gelas dan mempelajari sifat optiknya. Kata kunci : Karbon nanodot, gelombang mikro, asam sitrat, dan microwave.

PENDAHULUANKarbon nanodot (Carbon Nanodots; CNDs) adalah partikel karbon yang mempunyai diameter dari 1 sampai 10 nm. Ukuran karbon nanodot ini berada diantara ukuran molekul klaster dan karbon bulk. Biasanya partikel CNDs terdiri dari 100 sampai 10.000 atom. CNDs kadang-kadang disebut juga 'atom buatan' dan digunakan sebagai building blocks pada proses bottom-up melalui proses self-assembly. CNDs ini mempunyai sifat yang unik bergantung dengan ukurannya.Banyak metode eksperimen yang telah dieksplorasi untuk mensintesis karbon nanodot, masuk diantarannya adalah molecular beam epitaxy (MBE), metal organic-chemical-vapor deposition (MOCVD), dan vapour-liquid-solid (VLS). Di antara metode ini, salah satu metode kimia-fisika yang mudah adalah pemanasan menggunakan gelombang mikro (microwave heating). Metoda pemanasan gelombang mikro telah banyak digunakan sebagai metoda yang umum digunakan untuk mempersiapkan CNDs dengan distribusi ukuran dan morfologi partikel yang dapat dikontrol.Obyek penelitian adalah asam sitrat (citric acid, C6H8O7) dan urea ((NH2)2CO). Sasaran penelitian adalah diperolehnya pendaran yang dihasilkan oleh karbon nanodot secara kualitatif.

DASAR TEORIKarbon atau zat arang merupakan unsur kimia yang mempunyai simbol C dan nomor atom 6 padatabel periodik.Sebagai unsur golongan 14 padatabel periodik, karbon merupakan unsur non-logam dan bervalensi 4 (tetravalen), yang berarti bahwa terdapat empat elektron yang dapat digunakan untuk membentuk ikatan kovalen. Karbon merupakan salah satu dari di antara beberapa unsur yang diketahui keberadaannya sejak zaman kuno. Istilah karbon berasal dari bahasa Latin carbo, yang berarti batu bara. Karbon memiliki beberapa jenis alotrop, yang paling terkenal adalah grat, intan, dan karbonamorf. Sifat-sifat sikakarbonbervariasibergantung padajenis alotropnya.Sebagai contohnya, intan berwarna transparan,manakala grat berwarna hitam dankusam. Semua alotrop karbon berbentuk padat dalamkondisi normal, tetapi grat merupakan alotrop yang paling stabil secara termodinamik di antara alotrop-alotrop lainnya.Nanodots Carbon telah berhasil menjadi sebuah trobosan baru dalam teknologi material halini disebabkan karena keunggulan mereka dalam sifat kelarutan air, inertness kimia, toksisi-tas rendah,kemudahan fungsionalisasidan ketahananterhadap photobleaching.Dalamulasan ini, dengan memperkenalkan sintesis dan foto dan elektron-sifat (C-dot).Sekitar 90% urea industri digunakan sebagai pupuk kimia. Urea dalam bentuk butiran curah (prill)digunakan dalampertanian sebagai pupukkimia pemasok unsur nitrogen.Di tanah,urea akan terhidrolisis dan melepaskan ion amonium. Kandungan N pada urea adalah 46%, tetapi yang tergunakan oleh tanaman biasanya separuhnya. Karena penting dalam pembangunan pertanian, pupuk urea sering kali disubsidi oleh pemerintahsuatu negara, termasuk Indonesia.DipasaranIndonesia, pupukurea dipasarkan dalam duabentuk: bersubsidi (berwarna merahmuda, digunakan untuk bantuan pemban-gunan) dan tidak bersubsidi (berwarna putih, untuk dipasarkan secara komersial). Pupuk urea dihasilkan sebagai produk samping pengolahan gas alam atau pembakaran batubara. Karbon dioksida yang dihasilkan dari kegiatan industri tersebut lalu dicampur dengan amoniamelaluiprosesBosch-Meiser.Dalam suhu rendah, amonia cairdicampur dengan es kering (karbon dioksida) menghasilkan amonium karbamat. Selanjutnya, amonium karbamat dicampur dengan air ditambah energi untuk menghasilkan urea dan air.Asam sitrat merupakan asam organik lemah yang ditemukan pada daun dan buah tumbuh angenus Citrus (jeruk-jerukan). Senyawa ini merupakan bahan pengawet yang baik dan alami, selain digunakan sebagai penambah rasa masam pada makanan dan minuman ringan. Dalambiokimia, asam sitrat dikenal sebagai senyawa antara dalam siklus asam sitrat yang terjadidi dalammitokondria, yangpenting dalammetabolisme makhluk hidup.Zat inijuga dapat digunakan sebagai zat pembersih yang ramah lingkungan dan sebagai antioksidan. Asam sitrat terdapat pada berbagai jenis buah dan sayuran, namun ditemukan pada konsentrasi tinggi, yang dapat mencapai 8% bobot kering, pada jeruk lemon dan limau (misalnya jeruk nipis dan jeruk purut). Rumus kimia asam sitrat adalah C6H8O7 (strukturnya ditunjukkan pada tabel informasi disebelah kanan). Struktur asam ini tercermin pada nama IUPAC-nya, asam 2-hidroksi-1,2,3-propanatrikarboksilat.Gelombang mikro atau microwave adalah gelombang elektromagnetik dengan frekuensi super tinggi (Super High Frequency, SHF), yaitu di atas 3 GHz (3x109 Hz). Jika gelombang mikro diserap oleh sebuah benda, akan muncul efek pemanasan pada benda tersebut.Jikamakanan menyerap radiasi gelombangmikro,makanan menjadi panasdan masak dalam waktu singkat. Proses inilah yang dimanfaatkan dalam oven microwave. Gelombang mikro juga dimanfaatkan pada radar. Radardigunakanuntukmencaridan menentukan jejak suatu benda dengan gelombang mikro dengan frekuensi sekitar 1010 Hz.

METODE EKSPERIMENEksperimen ini bertujuan untuk memahami sintesis CND menggunakan pemanasan gelombang mikro dan membuat lapisan tipis CND pada subtrat gelas dan mempelajari sifat optiknya.Alat dan bahan yang digunakan diantaranya asam sitrat (citric acid, C6H8O7), urea ((NH2)2CO) dan pelarut air. Dengan alat eksperimen seperti Microwave rumah, tabung ukur, crucible, spatula, timbangan, pengaduk magnetik, cawan gelas.Eksperimen dilakukan dengan pertama-tama siapkan alat dan bahan yang dibutuhkan, kemudian timbang berat bahan kimia seperti yang diperintahkan dalam tabel dibawah, larutkan setiap sempel yang telah disiapkan dengan 4 ml air murni (aquades) diaduk hingga menghasilkan larutan bening, keringkan sampel larutan bening tersebut pada oven pada suhu 100 C selama 1 jam. Kemudian panaskan setiap sampel menggunakan microwave rumah menggunakan daya dan waktu tertentu, sesuai anjuran pada tabel dibawah, dengan menggunakan wadah tertutup. Lalu timbang beberapa miligram material kemudian didispersikan ke dalam air. Kemudian sinari larutan tersebut dengan sinar UV untuk mengetahui pendaran yang dihasilkan oleh karbon nanodot secara kualitatif.

DATA DAN ANALISISTabel 1. Parameter sintesis karbon nanodotVariasiSampelPerbandingan beratDaya Microwave (W)Waktu (s)

Asam sitrat (g)Urea (g)

AWaktuA10,0153,080060

A20,0153,090

A30,0153,0120

A40,0153,0150

A50,0153,0180

BKomposisiB113,0

120

B20,53,0

B30,1253,0

B40,0753,0

B50,0353,0

B60,0153,0

B7--

Berikut merupakan gambar salah satu dari hasil percobaan yang telah kami lakukan:

Dalam eksperimen ini, kita dapat mengetahui dan menentukan sifat atau karakterisasi dari larutan karbon nanodot (CNDs). Karbon nanodot yang digunakan terdiri dari asam sitrat (C6H8O7) dan urea ((NH2)2CO) yang dilarutkan ke dalam aquades. Dengan berbeda variasi setiap sampel, yaitu sampel A adalah variasi waktu dan sampel B adalah variasi komposisi.Pada sampel A perbandingan konsentrasi asam sitrat dan urea adalah sama yaitu 0,015 gr dan 3,0 gr. Dari sampel ini dapat diketahui mana sampel yang paling baik, kemudian waktu pemanasan yang digunakan pada sampel tersebut digunakan juga untuk waktu pada percobaan sampel B.Dalam eksperimen sampel A, sampel yang paling baik adalah sampel A3. Ternyata sampel A3 merupakan sampel yang menggunakan waktu pemanasan sedang (120 s) dibandingkan sampel A1 A2, A4, dan A5. Hal tersebut dibuktikan ketika semua sampel A telah dipanaskan kemudian di sinar-UV. Di spektometer UV-vis terlihat jelas pendaran warna yang terbentuk pada tiap masing-masing sampel, dapat terlihat jelas pada gambar dalam lampiral pendaran warna yang keluar. Pendaran sampel A3 adalah kuning dan memiliki panjang gelombang sebesar 560-590 nm.Sedangkan pada percobaan sampel B, seperti pada gambar no.1 yang merupakan pengukuran massa setiap senyawa menggunakan neraca digital. Cairan dibuat dengan cara melarutkan urea dan asam sitrat dengan perbandingan berat seperti pada tabel diatas. Selama proses pemanasan didalam microwave cairan berubah warna yaitu dari transparan (gambar no.4) menjadi warna kecoklatan (gambar no.8). Hal ini manandakan terjadinya ikatan kimia dari karbon nanodot.Dengan perbandingan komposisi massa seperti yang tercantup didalam tabel diatas dengan waktu sintesis selama 2 menit didapat pedaran warna hijau seperti tampak pada gambar n0 9.Dari enam sampel yang kami uji dengan penyinaran sinarUV, maka komposisi urea danasam sitrat yang memiliki pedaran warna hijau paling baikadalahperbandingan massa 3:1 untuk urea dan asam sitrat. Sementara untuk perbandingan massa 3:0,5 dan 3:0,015 untuk urea dan asam sitrat pedaran yang dihasilkan kurang tampak, dan sedangkan untuk perbandingan massa 3:0,125 , 3:0,035 dan 3:0,075 untuk urea dan asam sitrat sudah telihat gagal sebelum di uji dengan penyi9naran sinar UV. Pada perbandingan urea dan asam sitrat 3:0,5 senyawa ini memiliki puncak-puncak paling tinggi, hal ini menunjukan bahwa urea dan asam sitrat yang larut dapat terbakar dengan sempurna, sedangkan pada perbandingan massa urea dan asam sitrat 3:0,125 karbon nanodots terbentuk dari asam sitrat, hal ini dapat dilihat dari jumlah banyaknya massa asam sitrat yang lebih banyak dan karbon yang terbentuk merupakan nanodots yang terbentuk merupakan karbon padatan grat. Dan untuk perbandingan urea dan asam sitrat 3:1 karbon nanodots terbentuk dari ureahal inisesuai dengan massaurea lebih banyak dari asam sitratselainituurea dapatmencegah terbentuknya karbon padatangrat.

KESIMPULAN Pengujian sintesis karbon nanodots menggunakan microwave telah dilakukan, dan ada beberapa pengujianyang berhasildan tidakberhasil. Pengujian berhasil hanya pada karbon nanodots yang memiliki komposisi urea 3gr dan asam sitrat 1gr atau perbandingan masa 3:1 untuk urea dan asam sitrat. Karbon nanodots ini berhasil memiliki pedaran sampai mendekati warna hijau sedangkan yang lain tidak begitu tampak. Eksperimen ini diharapkan dapat digunakan sebagai bagaimana agar dapat mengetahui cara menentukan suatu kadar bahan agar dapatr menetukan cairan yang memiliki komposisi yang baik.

DAFTAR PUSTAKA http://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2012/jm/c2jm34690g http://id.wikipedia.org/wiki/Asam_sitrat Abdullah, Mikrajuddin. Pengantar Nanosains, Bandung, ITB Press. Zhai,Xinyun,etal.HighlyLuminescentCarbonNanodotsbyMicrowave-assistedPyrolysis. Chem.Commun,vol.48,No.10. http://id.wikipedia.org/wiki/Urea http://id.wikipedia.org/wiki/Gelombang_mikro N, Sheila, etal. LuminescentCarbon Nanodots: Emergent Nanolights. Angew. Chem.Int.Ed,vol.49,No10.

LAMPIRAN Larutan Karbon Nanodot (CNDs) Sampel A dan B

Sampel A dan B dikeringkan menggunakan Open selama 60 menit pada suhu 100C

Sampel A dan B dipanaskan menggunakan Microwave pada waktu tertentu

Keadaan sampel A setelah dilakukan pemanasan dengan variasi waktu

Sampel A di Sinar-UV

Salah satu keadaan sampel B setelah dipanaskan

Sampel B ketika di Sinar-UV