SINTESA TUNGSTEN TRIOKSIDA NANO PARTIKEL...

10
Jurnal Teknik Material dan Metalurgi Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya, 2011 1 SINTESA TUNGSTEN TRIOKSIDA NANO PARTIKEL DENGAN METODE SOL GEL DAN PROSES KALSINASI Lucky Tananta 1 , Diah Susanti 2 , Hariyati Purwaningsih 2 1 Mahasiswa Jurusan Teknik Material dan Metalurgi FTI-ITS 2 Dosen Jurusan Teknik Material dan metalurgi FTI-ITS ABSTRAK Nanopartikel WO3 dapat disintesa dengan menggunakan metode sol-gel dilanjutkan pemanasan menggunakan metode kalsinasi dengan temperatur 300ºC, 400ºC, 500ºC, dan 600ºC menggunakan waktu tahan selama 1 jam. Material dikarakterisasi dengan menggunakan uji (XRD),(SEM),(HR-TEM), dan DTA/TGA. Luas permukaan aktif partikel dan jenis pori diidentifikasi dengan menggunakan BET analyzer. Identifikasi ikatan kimia pada sempel dianalisa menggunakan pengujian FT-IR dan Raman. Hasil DTA/TGA menunjukkan kandungan air fisik dan kristal semakin hilang sesuai dengan kenaikan temperatur kalsinasi. Hal ini sesuai dengan hasil XRD dan SEM dimana kristalisasi semakin sempurna dengan ukuran partikel serbuk tungsten trioksida yaitu sekitar 42.8-200 nm, dan ukuran kristal semakin besar yaitu 40.52 nm. Arah pertumbuhan dari struktur nano tungsten trioksida pada temperatur kalsinasi 600ºC menunjukkan orientasi (022) (020) (200) dengan jarak antar lapisannya sekitar 0.38, 0.35, 0.37 nm. Ikatan kimia dominan yang terbentuk adalah ikatan W-O-W. Serbuk WO3 termasuk kedalam jenis mesopores dan macropores dengan luas permukaan aktif yang semakin turun sesuai dengan kenaikan temperatur kalsinasi. Kata kunci: Nanopartikel, Tungsten Trioksida (WO3), Sol-Gel, Kalsinasi PENDAHULUAN Sol-gel merupakan salah satu proses sintesa yang sederhana dan mudah dalam pembentukan nanopartikel. Teknik sol-gel dapat digunakan untuk menghasilkan WO3 dari Tungsten (VI) Heksaklorida yang dilarutkan ke dalam alkohol. Teknik sol-gel adalah teknik kimia basah untuk pembuatan bahan (biasanya logam oksida) mulai dari larutan kimia yang bereaksi untuk menghasilkan partikel koloid nanosized (atau sol) yang bertindak sebagai prekursor. Jenis prekursor adalah logam alkoxides dan logam yang mengalami reaksi hidrolisis dan polycondensation. Hasilnya adalah sebuah sistem yang terdiri dari partikel padat (ukuran mulai dari 1 nm sampai 1 μm) yang ter sebar dalam pelarut. Serbuk Tungsten trioksida diperoleh melalui proses pemanasan. Metode kalsinasi merupakan salah satu metode yang paling mudah, murah, dan efisien untruk mendapatkan serbuk WO3. Kalsinasi juga merupakan proses dekomposisi termal yang bertujuan untuk mengeliminasi senyawa yang berikatan secara kimia.[24] METODOLOGI Proses sol-gel untuk menghasilkan gel Tungsten oxide ditunjukan diagram alir pada Gambar 1. Tungsten (VI) Hexaklorida (WCL6) sebanyak 7 gram dilarutkan dengan 100 mL etanol dan 10 mL NH4OH. Larutan diaduk dalam temperatur es selama 24 jam. Ion klorida dihapus menggunakan aquades sampai tidak ada endapan putih AgCl muncul ketika dititrasi dengan larutan 0,1M perak nitrat. Endapan dipisahkan dari larutan yang tersisa menggunakan centrifuge. Endapan kemudian dipeptisasi oleh ammonia hidroksida, dan 50 μL surfactant (Sigma, Triton X-100) ditambahkan ke dalam larutan. Diperoleh tungsten trioksida sol. Sol Tungten Trioksida di kalsinasi dengan variasi temperatur 300ºC, 400ºC, 500ºC dan 600ºC selama 1 jam. Serbuk hasil kalsinasi kemudian di karakterisasi dengan pengujian Scanning Electron Microscope (SEM, Zeis Evo MA 10), High Resolution-Transmission Electron Microscope (HR-TEM, FEI, Tecnai G2 F20, Philips-FEI). Stuktur Kristal diperiksa oleh pengujian X-Ray Diffraction (XRD, Philips Analytical). Ikatan kimia dan gugus dianalisa menggunakan Fourier Transmit Infrared (FT- IR, Shimadzu, 8400S) dan Raman (Reinshaw). Luas permukaan aktif dianalisa menggunakan Brunner Emmet Teller (BET, Quantachrome autosorb iQ). Analisis Thermal menggunakan pengujian DTA/TGA (Metler Toledo)

Transcript of SINTESA TUNGSTEN TRIOKSIDA NANO PARTIKEL...

Page 1: SINTESA TUNGSTEN TRIOKSIDA NANO PARTIKEL …digilib.its.ac.id/public/ITS-Undergraduate-15992-paper.pdf · sistem yang terdiri dari partikel padat (ukuran mulai dari 1 nm sampai 1

Jurnal Teknik Material dan Metalurgi Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya, 2011

1

SINTESA TUNGSTEN TRIOKSIDA NANO PARTIKEL DENGAN METODE SOL GEL DAN

PROSES KALSINASI

Lucky Tananta1, Diah Susanti

2, Hariyati Purwaningsih

2

1 Mahasiswa Jurusan Teknik Material dan Metalurgi FTI-ITS

2 Dosen Jurusan Teknik Material dan metalurgi FTI-ITS

ABSTRAK

Nanopartikel WO3 dapat disintesa dengan menggunakan metode sol-gel dilanjutkan

pemanasan menggunakan metode kalsinasi dengan temperatur 300ºC, 400ºC, 500ºC, dan 600ºC

menggunakan waktu tahan selama 1 jam. Material dikarakterisasi dengan menggunakan uji

(XRD),(SEM),(HR-TEM), dan DTA/TGA. Luas permukaan aktif partikel dan jenis pori diidentifikasi

dengan menggunakan BET analyzer. Identifikasi ikatan kimia pada sempel dianalisa menggunakan

pengujian FT-IR dan Raman. Hasil DTA/TGA menunjukkan kandungan air fisik dan kristal semakin

hilang sesuai dengan kenaikan temperatur kalsinasi. Hal ini sesuai dengan hasil XRD dan SEM

dimana kristalisasi semakin sempurna dengan ukuran partikel serbuk tungsten trioksida yaitu sekitar

42.8-200 nm, dan ukuran kristal semakin besar yaitu 40.52 nm. Arah pertumbuhan dari struktur nano

tungsten trioksida pada temperatur kalsinasi 600ºC menunjukkan orientasi (022) (020) (200) dengan

jarak antar lapisannya sekitar 0.38, 0.35, 0.37 nm. Ikatan kimia dominan yang terbentuk adalah ikatan

W-O-W. Serbuk WO3 termasuk kedalam jenis mesopores dan macropores dengan luas permukaan

aktif yang semakin turun sesuai dengan kenaikan temperatur kalsinasi.

Kata kunci: Nanopartikel, Tungsten Trioksida (WO3), Sol-Gel, Kalsinasi

PENDAHULUAN

Sol-gel merupakan salah satu proses

sintesa yang sederhana dan mudah dalam

pembentukan nanopartikel. Teknik sol-gel

dapat digunakan untuk menghasilkan WO3

dari Tungsten (VI) Heksaklorida yang

dilarutkan ke dalam alkohol. Teknik sol-gel

adalah teknik kimia basah untuk pembuatan

bahan (biasanya logam oksida) mulai dari

larutan kimia yang bereaksi untuk

menghasilkan partikel koloid nanosized (atau

sol) yang bertindak sebagai prekursor. Jenis

prekursor adalah logam alkoxides dan logam

yang mengalami reaksi hidrolisis dan

polycondensation. Hasilnya adalah sebuah

sistem yang terdiri dari partikel padat (ukuran

mulai dari 1 nm sampai 1 μm) yang tersebar

dalam pelarut.

Serbuk Tungsten trioksida diperoleh

melalui proses pemanasan. Metode kalsinasi

merupakan salah satu metode yang paling

mudah, murah, dan efisien untruk

mendapatkan serbuk WO3. Kalsinasi juga

merupakan proses dekomposisi termal yang

bertujuan untuk mengeliminasi senyawa yang

berikatan secara kimia.[24]

METODOLOGI

Proses sol-gel untuk menghasilkan gel

Tungsten oxide ditunjukan diagram alir pada

Gambar 1. Tungsten (VI) Hexaklorida

(WCL6) sebanyak 7 gram dilarutkan dengan

100 mL etanol dan 10 mL NH4OH. Larutan

diaduk dalam temperatur es selama 24 jam.

Ion klorida dihapus menggunakan aquades

sampai tidak ada endapan putih AgCl muncul

ketika dititrasi dengan larutan 0,1M perak

nitrat. Endapan dipisahkan dari larutan yang

tersisa menggunakan centrifuge. Endapan

kemudian dipeptisasi oleh ammonia

hidroksida, dan 50 μL surfactant (Sigma,

Triton X-100) ditambahkan ke dalam larutan.

Diperoleh tungsten trioksida sol. Sol Tungten

Trioksida di kalsinasi dengan variasi

temperatur 300ºC, 400ºC, 500ºC dan 600ºC

selama 1 jam. Serbuk hasil kalsinasi kemudian

di karakterisasi dengan pengujian Scanning

Electron Microscope (SEM, Zeis Evo MA 10),

High Resolution-Transmission Electron

Microscope (HR-TEM, FEI, Tecnai G2 F20,

Philips-FEI). Stuktur Kristal diperiksa oleh

pengujian X-Ray Diffraction (XRD, Philips

Analytical). Ikatan kimia dan gugus dianalisa

menggunakan Fourier Transmit Infrared (FT-

IR, Shimadzu, 8400S) dan Raman (Reinshaw).

Luas permukaan aktif dianalisa menggunakan

Brunner Emmet Teller (BET, Quantachrome

autosorb iQ). Analisis Thermal menggunakan

pengujian DTA/TGA (Metler Toledo)

Page 2: SINTESA TUNGSTEN TRIOKSIDA NANO PARTIKEL …digilib.its.ac.id/public/ITS-Undergraduate-15992-paper.pdf · sistem yang terdiri dari partikel padat (ukuran mulai dari 1 nm sampai 1

Jurnal Teknik Material dan Metalurgi Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya, 2011

2

Gambar 1. Diagram Alir Peneltian

HASIL DAN PEMBAHASAN

Pembentukan Sol-Gel Tungsten Trioksida

Metode sol-gel yang dilakukan

meliputi proses sol dan gelasi. Proses sol

dalam penilitian ini meliputi proses pelarutan7

gram tungsten (VI) hexachloride dengan 100

mL ethanol, larutan yang terbentuk memiliki

endapan berwarna kuning dan endapan

menjadi biru pekat dan kental saat

penambahan ammonium hidroksida

(NH4OH). Larutan kemudian diaduk selama

24 jam pada temperatur 0ºC.

Tahap gelasi terjadi saat pengadukan

berlangsung, dengan terbentuknya endapan

yang semakin banyak, yang menyebabkan

gerakan dari stirrer semakin tidak beraturan.

Endapan kemudian dicuci dengan aquades,

sampai tidak ada endapan putih AgCl ketika di

titrasi dengan 0.1 M larutan perak nitrat.

Larutan kemudian dicentrifuge selama

1 jam untuk memisahkan larutan dengan

endapan. Endapan kemudian di peptisasi

menggunakan ammonium hidroksida

(NH4OH) untuk mendispersi kembali

endapan, supaya partikel besar menjadi lebih

kecil dan ditambahkan 50 μL surfactant

(Triton X-100) untuk menurunkan tegangan

permukaan. 100 mL sol-gel tungsten trioksida

terbentuk berwarna biru pekat.

Sol-gel kemudian di kalsinasi dalam

variasi temperatur 300ºC, 400ºC, 500ºC dan

600ºC. Pengamatan secara makro menunjukan

perbedaan warna yang mencolok, pada

temperatur 300ºC berwarna coklat kehitaman,

pada temperatur 400ºC berwarna coklat keabu-

abuan, pada temperatur 500ºC berwarna

kuning, dan pada temperatur 600ºC berwarna

hijau kekuningan, seperti pada Gambar 2.

Gambar 2. Hasil kalsinasi dari gel tungsten

trioksida pada temperatur (a) 300 oC, (b) 400

oC,

(c) 500 oC dan (d) 600

oC.

Analisa XRD

Pengujian XRD (Philips XRD X-Pert

XMS) pada serbuk tungsten trioksida dalam

berbagai temperatur kalsinasi dengan waktu

holding selama 1 jam dapat dilihat pada

Gambar 3.

Pola XRD menunjukan bahwa kristal

tungsten trioksida yang terbentuk pada

temperatur kalsinasi antara 300 oC – 400

oC

mempunyai struktur kristal hexagonal (kartu

JCPDS nomor 85-2459). Sedangkan pada

temperatur 500 oC dan pada temperatur 600

oC

struktur kristalnya adalah monoklinik (kartu

JCPDS 043-1035). Analisa XRD untuk

mengetahui struktur kristal menggunakan

program Match.

Ukuran kristal serbuk tungsten

trioksida diketahui dari persamaan Scherer.

D =

a

d

b

c

_0.9λ_ Β cosө

Page 3: SINTESA TUNGSTEN TRIOKSIDA NANO PARTIKEL …digilib.its.ac.id/public/ITS-Undergraduate-15992-paper.pdf · sistem yang terdiri dari partikel padat (ukuran mulai dari 1 nm sampai 1

Jurnal Teknik Material dan Metalurgi Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya, 2011

3

Dimana λ adalah panjang gelombang

radiasi (Ǻ), B adalah Full Width at Half

Maximum (rad) dan ө adalah sudut Bragg (o).

Ukuran kristal serbuk tungsten trioksida dari

berbagai temperatur kalsinasi dapat kita

simpulkan bahwa semakin tinggi temperatur

kalsinasi semakin besar ukuran kristal tungsten

trioksida ditunjukan pada Tabel 1.

Tabel. 1 Ukuran kristal serbuk tungsten trioksida

dari berbagai temperatur.

Dengan kenaikan temperatur kalsinasi

maka intensitas puncak difraksi semakin

meningkat, distorsi semakin berkurang, serta

puncak difraksi berubah menjadi semakin

tajam dan menyempit. Hal ini secara tidak

langsung menunjukkan bahwa kandungan air

kristal semakin berkurang dengan semakin

naiknya temperatur kalsinasi, kristalisasi yang

semakin baik dan menunjukkan adanya

pertumbuhan ukuran kristal dari WO3. Hal ini

dapat dilihat dari ukuran kristal yang semakin

besar dengan kenaikan temperatur kalsinasi.

[17],[13]

Analisa SEM

SEM biasanya digunakan untuk

meneliti morfologi suatu material. Gambar 4.

dari sampel Tungsten Trioksida setelah proses

kalsinasi.

Tungsten Trioksida setelah proses

kalsinasi, berbentuk lembaran tipis

semitransparan. Partikel yang mengalami

proses kalsinasi pada temperatur 300ºC dan

400ºC memiliki ukuran partikel sekitar 114 -

286 nm dengan ketebalan sekitar 37.5 nm serta

memiliki bentuk kristal yang kurang beraturan

(segi empat yang belum sempurna), sedangkan

pada temperatur 500ºC memiliki ukuran

partikel sebesar 71 – 214 nm dengan bentuk

kristal yang berbentuk segi empat dan

memiliki ketebalan sekitar 22.5 nm.

Pada temperatur kalsinasi 600ºC,

ukuran partikel serbuk berkisar antara 42.8 –

200 nm, namun bentuk partikelnya kembali

kurang berbentuk dengan ketebalan sekitar 20

nm. Dengan semakin naiknya temperatur

kalsinasi ukuran partikel dari serbuk Tungsten

Trioksida semakin kecil.

Perubahan bentuk dan ukuran partikel

teresbut disebabkan oleh transformasi fasa dan

pembentukan kembali dari partikel serta

pertumbuhan kristal. [13], [17],[24].

Gambar tersebut juga

mengindikasikan bahwa partikel-partikel WO3

cenderung membentuk agregat dengan partikel

yang lain.

Analisa DTA/TGA

Gambar 5. merupakan hasil pengujian

DTA/TGA dari larutan WO3 sebelum

mengalami proses kalsinasi. Pada kurva DTA

(Gambar 5a) terdapat lekukan pada temperatur

sekitar 90-100ºC yang merupakan puncak

endotermik. Puncak endotermik ini

menandakan adanya penyerapan energi

sehingga sampel mengalami proses penguapan

yaitu pelepasan kandungan air dan juga unsur-

unsur volatile. Setelah temperatur sekitar

150ºC ke atas dapat dilihat bahwa tidak

terdapat perubahan grafik sehingga

menandakan bahwa sampel sudah tidak

memiliki unsur lain untuk dilepas dan

menandakan bahwa sampel sudah berubah

menjadi kristal.

Pada kurva TGA (Gambar 5b) dapat

dilihat adanya pengurangan persen massa dari

sampel. Presentase terbesar berat yang hilang

terjadi pada pemanasan pada temperatur

kamar sampai sekitar 96ºC yaitu sebesar 70 %.

Hal ini disebabkan karena adanya proses

penguapan yang terjadi pada air fisik yang

terikat pada sampel, sebagian kecil air kristal,

serta unsur kimia yang lain seperti ethanol.

Selama temperatur 96ºC sampai sekitar 230ºC,

persen massa yang hilang sekitar 5 %. Hal ini

menandakan terjadinya penguapan dari residu

air fisik (air yang terikat secara fisik). Selama

temperatur 230ºC sampai 600ºC dengan persen

massa yang hilang yaitu sekitar 0.8 % dimana

terjadi proses pengeringan dan penguapan dari

air kimia serta senyawa dan unsur volatile lain

yang ada.

Gambar 6. merupakan kurva TGA dari

tungsten trioksida yang mengalami proses

kalsinasi 300ºC dan 400ºC. Pada kurva TGA

Temperatur

(ºC)

λ(Ǻ) B(rad) Ө(o) Cos

ө

D

(nm)

300 1.54056 0.0069 11.96 0.98 20.55

400 1.54056 0.0056 11.92 0.98 25.33

500 1.54056 0.0049 11.50 0.98 28.95

600 1.54056 0.0035 11.54 0.98 40.52

Page 4: SINTESA TUNGSTEN TRIOKSIDA NANO PARTIKEL …digilib.its.ac.id/public/ITS-Undergraduate-15992-paper.pdf · sistem yang terdiri dari partikel padat (ukuran mulai dari 1 nm sampai 1

Jurnal Teknik Material dan Metalurgi Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya, 2011

4

Gambar 3. Pola XRD pada serbuk tungsten trioksida yang telah dikalsinasi dengan berbagai temperatur.

(a) 300ºC, (b) 400ºC, (c) 500ºC, dan (d) 600ºC

Gambar 4. Hasil Foto SEM serbuk tungsten trioksida pada temperatur kalsinasi (a) 300ºC, (b) 400ºC, (c)

500ºC, dan (d) 600ºC dengan perbesaran 10.000x

(a)

(b)

(c)

(d)

(a) (b)

(d) (c)

Page 5: SINTESA TUNGSTEN TRIOKSIDA NANO PARTIKEL …digilib.its.ac.id/public/ITS-Undergraduate-15992-paper.pdf · sistem yang terdiri dari partikel padat (ukuran mulai dari 1 nm sampai 1

Jurnal Teknik Material dan Metalurgi Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya, 2011

5

temperatur 300ºC, terbagi menjadi 3 tahapan.

Presentase berat yang hilang selama proses

kalsinasi ini terjadi dari temperatur kamar

sampai sekitar temperatur 125ºC yaitu sebesar

3.35 %. Hal ini Ini dapat dihubungkan dengan

proses penguapan yang terjadi pada air fisik

yang terikat pada sampel, sebagian kecil air

kristal, serta unsur kimia yang lain.

Tahap kedua terjadi selama temperatur

125ºC sampai sekitar temperatur 530ºC,

dengan persen massa yang hilang yaitu sekitar

3.5 %. Hal ini menandakan terjadinya

penguapan dari residu air kristal. Tahap ketiga

terjadi selama temperatur 530ºC sampai 600ºC

dengan persen massa yang hilang yaitu sekitar

0.35 %. Hal ini menandakan terjadinya proses

pengeringan dan penguapan dari air kimia

yang ada.

Kurva TGA temperatur 400ºC

(Gambar 6.) terlihat lebih landai dibandingkan

pada temperatur 300ºC. Hal ini dapat

disimpulkan bahwa kondisi serbuk dari

tungsten trioksida setelah dikalsinasi

temperatur 400ºC, sudah tidak mengandung air

fisik. Tahap pertama terjadi selama proses

pemanasan temperatur kamar sampai

temperatur 343ºC dimana terdapat 0.64%.

Selama temperatur ini hanya sedikit

kandungan residu air kristal yang menguap

dan juga kandungan dari air kimianya. Tahap

kedua terjadi selama temperatur 343ºC sampai

600ºC, kurva sedikit lebih naik, hal ini

disebabkan karena sifat dari tungsten trioksida

yang mudah menyerap unsur gas lain sehingga

persen massanya sedikit bertambah yaitu

sekitar 0.12 %.

Berbeda dengan kurva TGA

temperatur 300ºC dan 400ºC, kurva TGA pada

temperatur kalsinasi 500ºC dan 600ºC (gambar

7) terlihat naik. Hal ini disebabkan karena sifat

dari serbuk tungsten triokasida setelah

mengalami proses kalsinasi di atas temperatur

400ºC, material ini bersifat mudah menyerap

unsur lain. Oleh karena itu material ini

digunakan sebagai aplikasi sensor gas, dimana

material ini mudah menyerap unsur lain

terutama gas sehingga dapat mendeteksi

adanya kebocoran gas.

Pada kurva TGA temperatur 600ºC

terdapat 2 tahap yaitu selama temperatur

kamar sampai 30ºC, persen massa berkurang

sekitar 0.25%. Kemudian pada temperatur

30ºC sampai 600ºC terdapat penambahan

persen massa yaitu sebesar 0.5%.

Gambar 5. Gambar kurva DTA/TGA larutan WO3

sebelum proses kalsinasi

Gambar 6. Gambar kurva TGA WO3 temperatur

kalsinasi 300ºC dan 400ºC

Gambar 7. Gambar kurva TGA WO3 temperatur

kalsinasi 500ºC dan 600ºC

(a)

(b)

Page 6: SINTESA TUNGSTEN TRIOKSIDA NANO PARTIKEL …digilib.its.ac.id/public/ITS-Undergraduate-15992-paper.pdf · sistem yang terdiri dari partikel padat (ukuran mulai dari 1 nm sampai 1

Jurnal Teknik Material dan Metalurgi Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya, 2011

6

Pada kurva TGA temperatur 500ºC

tidak mengalami pengurangan persen massa,

ketika pada temperatur sampai 600ºC kamar

serbuk tungsten trioksida menunjukkan

penambahan persen massa yaitu sebesar 2.5

%. Hal ini disebabkan bahwa pada kondisi

serbuk tungsten oksida setelah dikalsinasi pada

temperatur 500ºC memiliki daya serap yang

sangat baik terhadap kandungan unsur sekitar.

Tamaki (1994) dan Wang (2003),

dalam jurnalnya mengatakan bahwa proses

sintesa tungsten trioksida dengan

menggunakan proses solgel dan metode

kalsinasi pada temperatur 550ºC menunjukkan

kecenderungan yang sesuai untuk aplikasi

sebuah sensor. Untuk itu, pada kondisi inilah

dimungkinkan aplikasi sensor paling baik

digunakan.

Analisa FT-IR

Gambar 8. menunjukkan spektra FTIR

serbuk tungsten trioksida pada berbagai

temperatur kalsinasi. Seluruh sampel

menunjukkan penyerapan terkuat pada 500-

1000 cm-1

, dimana ini merupakan pelebaran

ikatan W-O-W.

Terjadinya lembah yang hampir sama

dan berada pada daerah yang sama merupakan

pengaruh frekuensi dari jenis vibrasi dan

pengaruh panjang ikatan (kekuatan ikatan).

[8],[17]

Pada range 3000-3500 cm-1

(pada

semua temperatur), terdapat penyerapan

vibrasi yang cukup luas pada bidang vibrasi

dari molekul air (H2O). (Daniel ). Pada kurva

IR temperatur 300ºC, terdapat lembah yang

menandakan penyerapan vibrasi pada daerah

1628 cm-1

dimana vibrasi ini timbul karena

adanya penyerapan vibrasi yang dilakukan

oleh molekul δ(H-OH).

Area lembah cukup curam terjadi pada

daerah 1400 cm-1

yang merupakan indikasi

adanya penyerapan vibrasi yang dilakukan

oleh molekul OH (δ(OH)) yang dimilik oleh

gugus hydroxyl .[18]

Pada temperatur 300ºC, terdapat

cukup banyak puncak vibrasi yang luas dan

tajam pada range 3000-3500 cm-1

dimana

menandakan masih banyaknya gugus air yang

berikatan dengan Tungsten. Kecenderungan

membentuk lembah semakin berkurang sesuai

dengan kenaikan temperatur. Hal ini

disebabkan karena kenaikan temperatur

menyebabkan kandungan unsur volatile pada

larutan menguap dengan sempurna.

Area lembah yang terjadi pada range

600-815 cm-1

menunjukkan terjadinya

penyerapan vibrasi yang dilakukan oleh gugus

v(O-W-O) interbridging dalam WO3. Pada

daerah 953 cm-1

(temperatur 500ºC)

merupakan penyerapan vibrasi yang dilakukan

oleh gugus v(W=O) dimana Tungsten

berikatan dengan gugus oksida. [18].

Selain adanya ikatan-ikatan

utama,pada grafik FT-IR tersebut juga terdapat

beberapa lembah namun dengan nilai

intensitas yang tidak begitu dominan. Pada

daerah 1744 cm-1

merupakan indikasi adanya

ikatan C=O. Pada daerah 2342 cm-1

mengindikasikan adanya ikatan C-H. Adanya

rantai ikatan C-H, dan C=O ini berasal dari

adanya unsur lain yang masih terikat secara

kimia dengan sampel. Ikatan ini berasal dari

ethanol dan surfactant.

Analisa Raman

Pengujian Raman Spectroscopy

digunakan untuk mengkarakterisasi material

dimana untuk mendapatkan detail ikatan kimia

dari WO3.

Gambar 9. menunjukkan hasil kurva

FT-IR dimana terdapat 3 ikatan penting yang

dapat terlihat yaitu, dengan nilai raman shift

tinggi pada daerah sekitar 850-750 cm-1

,

medium pada daerah sekitar 750-600 cm-1

, dan

rendah pada daerah sekitar 400-200 cm-1

.

Puncak kurva dengan intensitas paling tinggi

terlihat pada daerah 816 cm-1

menunjukkan

adanya ikatan W=O stretching vibration

modes (v(W=O)) dimana permukaan dari W

terikat dengan sekelompok atom O. [15],[18]

Puncak pada daerah 719 cm-1

menunjukkan adanya ikatan O-W-O stretching

modes (v(O-W-O)) dimana ikatan itu

merupakan ikatan W6+

- O.Terdapat 2 puncak

pada range 400-200 cm-1

yaitu pada 270 cm-1

dan 323 cm-1

dimana menunjukkan adanya

ikatan W-O-W bending modes (δ(W-O-W))

dari jembatan oksigen. [18]

Analisa HR-TEM

HR-TEM pada umumnya digunakan

untuk melihat bentuk morfologi dari suatu

material dengan resolusi yang lebih baik

dibanding dengan SEM. Pengujian HR - TEM

Page 7: SINTESA TUNGSTEN TRIOKSIDA NANO PARTIKEL …digilib.its.ac.id/public/ITS-Undergraduate-15992-paper.pdf · sistem yang terdiri dari partikel padat (ukuran mulai dari 1 nm sampai 1

Jurnal Teknik Material dan Metalurgi Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya, 2011

7

Gambar 8. Gambar kurva FT-IR WO3 temperatur

kalsinasi (a) 300ºC, (b) 400ºC, (c) 500ºC dan (d)

600ºC

dilakukan dengan menggunakan alat TEM

(Technai F20 G2, Philips-FEI) dimana struktur

nano dari WO3 yang didapatkan dari

pengamatan micrograph terlihat seperti

gambar 10.

Gambar 11. menunjukkan adanya

agregasi dari unit-unit partikel dengan ukuran

tiap satu partikel berskisar sekitar 10-45 nm.

Kecenderungan membentuk agregat ini juga

terlihat pada hasil SEM. Partikel agregasi yang

terbentuk tersebut disebabkan karena tungsten

trioksida adalah material higroskopis yang

memiliki kemampuan menyerap molekul air

yang baik sebelum proses kalsinasi. Hal inilah

yang menyebabkan partikel-partikel tersebut

berkumpul menjadi satu dan tidak homogen.

Pada gambar 12 dapat dilihat hasil dari

HR TEM yang diperbesar dengan perbesaran

20.000x pada area B dan area C. Gambar

13 menunjukkan area B yang diperbesar 5x

dimana disana terdapat 2 arah pertumbuhan

struktur nano yaitu (020) dan (200) dengan

jarak antar lapisan sekitar 0.35 dan 0.37 nm.

Area C (Gambar 4.15) menunjukkan arah

pertumbuhan struktur nanonya (022) dengan

jarak antar lapisan sekitar 0.38 nm. Hal ini

bersesuaian dengan hasil XRD pada

temperatur kalsinasi 600 0C dimana terdapat 3

arah pertumbuhan kristal dengan intensitas

paling tinggi yaitu (022),(020),dan (200).

Hasil yang didapatkan dari pengujian

EDS (Energy Dispersive Spectroscopy) hanya

terdapat puncak W dan O yang ditemukan

pada sampel (gambar 13). Hal ini

menunjukkan bahwa sampel tidak

mengandung pengotor lain. Fe dan Co yang

terbaca pada puncak kurva merupakan sinyal

yang dipancarkan oleh TEM holder,

sedangkan Cu yang terbaca pada puncak kurva

merupakan sinyal yang dipancarkan oleh

karbon film.

Pengujian BET

Pengujian BET (Bruner Emmet

Teller) biasa digunakan untuk mengetahui

area permukaan aktif pada suatu

material. Pengujian BET dilakukan dengan

Gambar 9. Gambar kurva FT-IR WO3

temperatur kalsinasi (a) 300ºC, (b)400ºC, (c) 500ºC

dan (d) 600ºC

Page 8: SINTESA TUNGSTEN TRIOKSIDA NANO PARTIKEL …digilib.its.ac.id/public/ITS-Undergraduate-15992-paper.pdf · sistem yang terdiri dari partikel padat (ukuran mulai dari 1 nm sampai 1

Jurnal Teknik Material dan Metalurgi Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya, 2011

8

Gambar 10. HR-TEM serbuk Tungten Trioksida

setelah proses kalsinasi 600ºC Gambar 11. HR-TEM area A

dengan perbesaran 20.000x

Gambar 12. HR-TEM serbuk Tungten Trioksida setelah proses kalsinasi 600°C pada

area B dengan perbesaran 20.000x

Gambar 12. HR-TEM serbuk Tungten Trioksida setelah proses kalsinasi 600°C pada

area C dengan perbesaran 20.000x

0.35 nm

d [020]

0.37 nm

d [200]

0.38 nm

d [022]

5 nm 5 nm

5 nm

Page 9: SINTESA TUNGSTEN TRIOKSIDA NANO PARTIKEL …digilib.its.ac.id/public/ITS-Undergraduate-15992-paper.pdf · sistem yang terdiri dari partikel padat (ukuran mulai dari 1 nm sampai 1

Jurnal Teknik Material dan Metalurgi Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya, 2011

9

menggunakan alat Quantachrome iQ, dengan

diberikan pemanasan awal 300°C. Hasil

pengujian yang diperoleh adalah ukuran luas

permukaan dari serbuk Tungsten Trioksida

yang dapat menyerap gas Nitrogen ( dalam

satuan m2/gr).

Tabel 2. merupakan hasil dari

pengujian BET dimana dengan semakin

naiknya temperatur kalsinasi, luas permukaan

aktif dari serbuk Tungsten Trioksida semakin

menurun. Hal ini berbanding terbalik dengan

ukuran diameter dari pori. Semakin tinggi

temperatur kalsinasi, semakin besar ukuran

pori dari sampel.

Pori-pori dari sampel WO3 pada

temperatur kalsinasi 300ºC, 400ºC, dan 500ºC

termasuk kedalam jenis mesopores, dimana

ukuran porinya antara 2-50 nm. Pori-pori dari

sampel WO3 pada temperatur kalsinasi 600ºC

termasuk kedalam jenis macropores yang

memiliki ukuran pori lebih dari 50 nm.

Kesimpulan

Nanopartikel WO3 dapat disintesa

dengan menggunakan metode sol-gel Pada

temperatur kalsinasi 300ºC – 400ºC

strukturkristalnya hexagonal. Pada temperatur

kalsinasi 500ºC dan 600ºC struktur

kristalnya monoclinic. Hal ini disebabkan

karena terdapat kandungan air fisik, air

kristal, serta kandungan kimia yang

Tabel 2. Luasan permukaan aktif pada sampel uji

WO3

menempel pada spesimen, dan kandungan-

kandungan ini akan semakin hilang sesuai

dengan kenaikan temperatur.

Partikel WO3 memiliki ukuran

partikel yang semakin kecil sesuai kenaikan

temperatur yaitu sekitar 42.8-200 nm dengan

ketebalan partikel sekitar 20 nm. Serta

membentuk agregasi dengan ukuran sekitar

10-45 nm dengan arah pertumbuhan kristal

yaitu (022),(020),dan (200).

Terdapat beberapa ikatan kimia utama

yang dapat terlihat yaitu ikatan W-O-W,O-W-

O, dan W=O. WO3 masuk kedalam kelompok

macropores dan mesopores dengan luas

permukaan aktif yang semakin kecil sesuai

kenaikan temperatur kalsinasi.

Feature

(WO3)

300°C

400°C

500°C

600°C

BET

surface

area m2/g

27.718

3.099

2.699

1.0362

Rata-rata

diameter

pori (Å)

37.45

45.15

284.34

876.75

Gambar 13. Hasil pengujian EDS tungsten trioksida temperatur kalsinasi 600ºC.

Page 10: SINTESA TUNGSTEN TRIOKSIDA NANO PARTIKEL …digilib.its.ac.id/public/ITS-Undergraduate-15992-paper.pdf · sistem yang terdiri dari partikel padat (ukuran mulai dari 1 nm sampai 1

Jurnal Teknik Material dan Metalurgi Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya, 2011

10

Daftar Pustaka

[1] Abdullah, S.F.*,Studies on the phase transitions and

properties of tungsten (VI) oxide nanoparticles by X-Ray diffraction (XRD) and thermal analysis.

[2] Breedon, M.,*. Synthetis of Nanostructured Tungsten

Oxide Thin Films: A Simple, Controllable, Inexpensive,

Aqueous Sol-Gel Method.(2010).Crystal Growth &

Design Vol 10: 430-439.

[3] Brigitte Bouchet & Cédric Gaillard. Principles of

transmission electron microscopy.(2005).

[4] Brunauer, Emmet, Teller, J. of the American Chemical Society, Volume 60, 1938, p 309.

[5] Bushan, Bharat.Handbook of Nanotechnology.(2003)

[6] Champaiboon, T. Efficiency enhancement of a tungsten

oxide alcohol sensor.(2008). CP16 [7] Chris.”Bahan Baku Keramik.(2008).

[8] Deepa M,*. Effect of humidity on structure and

electrochromic properties of sol–gel-derived tungsten

oxide films.(2006).Solar Energy Materials and Solar Cells 90 : 2665-2682.

[9] David W. Hahn. Raman Scattering Theory.(2007).

[10] Davis, M.J,*. Growth of Thin Films of Molybdenum and

Tungsten Oxides by Combustion Chemical Vapour Deposition using Aqueous Precursor Solutions.(2010).

J.Chemical Vapour Deposition. 10,4 : 29-34.

[11] The Edward Orton Jr. Simultaneous DTA/TGA. Ceramic

Foundation. [12] Egerton, Ray F. Physical Principles of Electron

Microscopy: An Introduction to TEM, SEM, and

AEM.(2005).

[13] Haryo, Stefanus.Pengaruh Kalsinasi Terhadap

Pembentukan Nanopartikel Tungsten Trioksida Hasil

Proses Sol-Gel.(2011).Thesis.

[14] Husni, H. Kalsinasi.(2010). [15] Huirche Acuna R. *.Synthesis and characterization of

WO3 nanostructures prepared by an aged-hydrothermal

method.(2009).Materials Characteristic Zat Ion 60 : 932-

937. [16] C.-P. Sherman Hsu, Ph.D. Handbook of Instrumental

Techniques for Analytical Chemistry. Infrared

Spectroscopy. Chapter 15

[17] Jiaguo Yu∗. Effect of calcination temperatures on microstructures and photocatalytic activity of tungsten

trioxide hollow microspheres.(2008). J. of Hazardous

Materials 160 : 623-625.

[18] M. F. Daniel, B. Desbat, And J. C. Lassegues*. Infrared and Raman Study of W03 Tungsten Trioxides and

W03,xH2O Tungsten Trioxide Hydrates.(1986).J.of Solid

State Chemistry 73 : 127-139.

[19] Sakka, S. Handbook of Sol-gel Science and Technology: Processing Characterization and Applications.(1980).

Kluwer Academic Publishers.

[20] Sugiyono. Kaji Numerik Proses di Dalam

Kalsiner.(2002). [21] Sun, Z. Novel Sol-gel Nanoporous Materials,

Nanocomposites and Their Applications in

Bioscience.(2005). Thesis.Drexel University.27-59

[22] Supothina, Sitthisuntorn.,*. Synthesis of tungsten oxide nanoparticles by acid precipitation method.(2006).

Ceramics Internasional 33 : 931-936

[23] Tamaki, J.Grain-size effects in tungsten oxide-based

sensor for nitrogen oxides.(1994).J. Electrochem. Soc. 141 : 2207–2210.

[24] Wang, S.H., *.Nano-crystalline tungsten oxide NO2

sensor.(2003).Journal Sensors and Actuators B 94:343-

351.