Hasil Pencarian  ::  Simpan CSV :: Kembali

Abstrak :
Fabrikasi anoda lithium titanat (Li4Ti5O12) dengan doping ion Al3+, dan pelapisan karbon melalui metode sol-gel telah berhasil dilakukan. Doping ion Al3+, pelapisan karbon, dan modifikasi permukaan secara sinergik digunakan dalam penelitian ini untuk mengatasi kekurangan Li4Ti5O12. Metode sol-gel pada lingkungan asam merupakan teknik yang sederhana dan mampu menghasilkan material dengan ukuran kecil dan seragam dipandang sebagai cara terbaik untuk dilakukan secara sinergik. Parameter yang diamati dalam penelitian ini antara lain pengaruh pH, jumlah mol doping, pelapisan karbon, dan modifikasi permukaan terhadap struktur kristal, morfologi, dan performa elektrokimia (impedansi, difusi ionik, kapasitas spesifik dan laju kapabilitas). Hasil eksperimen menunjukkan bahwa peningkatan pH secara bertahap dapat meningkatkan fasa pengotor (rutil) dan memicu aglomerasi partikel dan menutup struktur berpori di permukaan. Peningkatan pH juga menurunkan koefisien difusi, nilai kapasitas spesifik dan laju kapabilitas. Doping tidak mempengaruhi fasa, struktur kristal dan morfologi. Doping ion Al3+ cenderung menurunkan kapasitas spesifik pada C-rate rendah (0,1C), namun penambahan ion Al3+ sebanyak 0,03 mol mampu meningkatkan kapabilitas pada laju-C tinggi (5C dan 10 C). Pelapisan karbon pada permukaan Li4Ti5O12 tidak mengubah fasa dan struktur kristal Li4Ti5O12 secara signifikan. Gambar FESEM menunjukkan bahwa karbon Super P melapisi Li4Ti5O12 secara merata sehingga memiliki kapasitas spesifik terbaik. Super P memiliki sifat ringan, berpori dan lebih murni sehingga sampel memiliki kapasitas 249 mAh/g. Sedangkan karbon gula memblokir pori-pori permukaan elektroda dan masih mengandung gugus -OH sehingga memberikan efek negatif pada performa elektrokimia dengan kapasitas spesifik 100 mAh/g. Modifikasi permukaan dengan karbon gula pada Li4Ti5O12 doping Al3+ dengan pirolisis mampu membuat permukaan menjadi kasar, namun modifikasi menurunkan nilai kapasitas spesifik. ......The fabrication of lithium titanate (Li4Ti5O12) with aluminum ion (Al3+) doping and carbon coating using the sol-gel method has been successfully carried out. Al3+ ion doping, carbon coating, and surface modification were used synergistically in this study to overcome the deficiency of Li4Ti5O12. The sol-gel method in an acidic environment is a simple technique and it is capable of producing materials with small size and uniformity which is seen as the best way to perform synergistically. Parameters observed in this study included the effect of pH, number of moles of doping, carbon coating, and surface modification on the crystal structure, morphology, and electrochemical performance (impedance, ionic diffusion, specific capacity, and capability rate). The experimental results show that a gradual increase in pH can increase the impurity phase (rutile) and trigger agglomeration of particles and close the porous structure on the surface. Increasing the pH value also decreases diffusion, specific capacity values and capability. Doping does not affect the phase, crystal structure and morphology. Al3+ ion doping tends to decrease the specific capacity at low C-rate (0.1C), but the addition of 0.03 mol of Al3+ ion can increase the capability at high C-rate (5C and 10C). The carbon layer on the surface of Li4Ti5O12 did not significantly change the facade and crystal structure of Li4Ti5O12. FESEM image shows that Super P carbon coats Li4Ti5O12 evenly so that it has the best specific capacity. Super P is light, porous, and purer so the sample has a capacity of 249 mAh/g. Meanwhile, the sugar carbon blocked the pores of the electrode surface and still contained -OH group so that it had a negative effect on the electrochemical performance with a specific capacity of 100 mAh/g. Surface modification with sugar carbon on Al3+ doped Li4Ti5O12 by pyrolysis make the surface rough, but the modification reduces the value of specific capacity.

Abstrak :
Seng oksida (ZnO) merupakan material semikonduktor dengan aplikasi yang sangat luas dalam berbagai bidang seperti elektronik, optoelektronik, fotokatalisis, hingga biomedis. Salah satu aplikasi yang marak diteliti saat ini adalah penggunaan ZnO sebagai lapisan anoda untuk sel surya tersensitasi zat pewarna (dye-sensitized solar cell, DSSC). Dalam pembuatan sel surya, kondisi morfologi natural lapisan semikonduktor oksida sangat berpengaruh pada interaksi penyerapan cahaya. Bentuk morfologi yang baik adalah struktur one-dimensional (1D) yang tersusun secara paralel dan melekat secara vertikal pada substrat kaca konduktif. Akan tetapi, struktur ini tidak mudah didapat pada sintesis dengan metode kimiawi basah. Pertumbuhan nanostruktur dengan arah yang tidak terorientasi akan mengakibatkan rendahnya kristalinitas dan energi celah pita (Eg) yang tinggi. Hal ini dapat menyebabkan rendahnya kemampuan penyerapan zat pewarna (dye) yang memberikan hasil DSSC dengan efisiensi rendah. Pada penelitian ini, dilakukan sintesis nanostruktur ZnO di atas substrat kaca konduktif dengan bahan dasar seng nitrat tetrahidrat (Zn(NO3)2.4H2O, Zn-nitrat) dan heksametilentetraamin (C6H12N4, HMTA). Untuk meningkatkan kestabilan lapisan ZnO di atas substrat, dilakukan penempelan lapisan bibit terlebih dahulu dengan menggunakan metode spin-coating. Lapisan bibit ini dibuat dengan menggunakan larutan yang disintesis pada suhu 0oC. Setelah proses spin-coating, lapisan nanostruktur ZnO ditumbuhkan dengan menggunakan metode chemical bath deposition (CBD). Untuk meningkatkan kristalinitas nanostruktur ZnO, dilakukan proses pasca-hidrotermal, yang terbagi menjadi 2 variasi. Pada variasi pertama, reaksi dilakukan dalam reaktor hidrotermal pada 150oC selama 3 jam. Pada variasi kedua, reaksi dilakukan dalam reaktor tertutup dengan penambahan gas nitrogen (N2) 1 bar pada suhu 100oC selama 1 jam. Hasil penelitian menunjukkan bahwa perlakuan pasca-hidrotermal, menhasilkan lapisan nanostruktur ZnO dengan kristalinitas yang lebih tinggi, ditandai dengan intensitas puncak difraksi yang lebih tajam dibandingkan dengan ZnO hasil as-synthesized. Naiknya kristalinitas tersebut selanjutnya memicu penurunan energi celah pita (Eg) sehingga lapisan nanostruktur ZnO dapat menyerap cahaya pada panjang gelombang yang lebih besar. Selain itu, morfologi yang yang terlihat dari hasil SEM juga menunjukkan perbaikan setelah proses pasca-hidrotermal. Hal ini terlihat orientasi nanostruktur ZnO yang semula tidak beraturan menjadi tegak vertikal. Dalam penelitian ini, diketahui bahwa perbedaan kondisi pasca-hidrotermal menghasilkan pertumbuhan nanostruktur dengan bentuk yang berbeda. Pada variasi pertama, didapat hasil sintesis berupa nanorods ZnO, sedangkan variasi kedua menghasilkan nanorods dan nanotubes ZnO. Nanostruktur ZnO di atas substrat kaca konduktif yang telah dihasilkan selanjutnya digunakan sebagai lapisan anoda pada DSSC. Pada penelitian ini, terlihat bahwa perbedaan variasi proses pasca-hidrotermal mempengaruhi kemampuan penyerapan warna (dye loading). Anoda yang dihasilkan dari proses pasca-hidrotermal yang menggunakan penambahan gas N2 mampu menyerap za pewarna lebih banyak. Hal ini diduga disebabkan oleh adanya struktur nanotubes yang memiliki pori/rongga. Namun demikian, efisiensi tertinggi diraih oleh anoda setelah perlakuan pasca-hidrotermal tanpa gas N2, yaitu sebesar 0,12%. Nilai ini bersesuaian dengan ukuran kristalit yang paling stabil dan energi celah pita paling rendah yang didapat dari perhitungan. Pada penelitian, diameter kristalit dan energi celah pita pada sampel dengan efisiensi tertinggi adalah sebesar ~18 nm dan 3,17 eV.

---

Zinc oxide (ZnO) is a semiconductor material with a very broad application in many fields, such as electronics, optoelectronic, photocatalyst, and biomedicine. One application that widely examined nowadays is its use as an anode layer for dye-sensitized solar cells (DSSC). In solar cells fabrication, the nature of morphological conditions of the oxide semiconductor layer greatly affect the interaction of light absorption. Good morphology is a one-dimensional structure (1D) arranged in parallel and attached vertically on a conductive glass substrate. However, this structure is not easily obtained in the synthesis via wet chemical method. Nanostructures with non-oriented growth will result in lower crystallinity and higher band gap energy (Eg) is high. This can lead to low dye absorption that results in DSSC with low efficiency. In this study, synthesis of ZnO nanostructures on a conductive glass substrate was carried out using zinc nitrate tetrahydrate (Zn(NO3)2.4H2O, Zn-nitrate) and heksametilentetraamin (C6H12N4, HMTA) at 0oC. To improve the stability of ZnO layer on the substrate, seeding layers were attached using spin-coating method. After the spin-coating process, the seeding layers were grown using chemical bath deposition (CBD). To improve the crystallinity of nanostructured ZnO, post-hydrothermal process was performed afterward. This process was divided into two variations. In the first variation, the reaction is carried out in a hydrothermal reactor at 150oC for 3 hours. While in the second variation, the reaction is carried out in a closed reactor with the addition of 1 bar nitrogen gas (N2) at 100° C for 1 hour. The results showed that post-hydrothermal treatment had improved the ZnO nanostructures layer. The diffraction peaks were sharper than the as-synthesized ZnO nanostructure, indicating higher crystallinity. As a consequence, the band gap energy would be lowered. In addition, the morphology also showed improvement in the nanostructures orientation after a post-hydrothermal process. In this research, the difference in the post-hydrothermal conditions generated different shapes of ZnO nanostructures. The first variation resulted ZnO nanorods, while the second variation produced ZnO nanorods and nanotubes. In this study, it appeared that post-hydrothermal process variations affected the dye loading capacity of the ZnO nanostructure layers. When used as anodes in DSSC, the layer obtained from post-hydrothermal process using N2 gas additions showed a higher dye absorption. The presence of nanotubes structure was assumed to gave this contribution, since this structure had pores / cavities that could absorbed more dyes. However, the highest efficiency achieved by the anode after post-hydrothermal treatment without N2 gas, with the value of 0.12%. This corresponded with the most stable crystallites size and lowest band gap energy obtained from the calculation. In the study, the crystallites size and the band gap energy of this sample were given as ~ 18 nm and 3.17 eV.

Abstrak :
Dalam penelitian ini, modifikasi nanostruktur titanium dioksida (TiO₂) dengan menggunakan mineral ilmenit (FeTiO₃) sebagai prekursor alam melalui proses ekstraksi hidrometalurgi, hidrolisis, hidrotermal dan pasca-hidrotermal dikaji. Studi ini mencakup perbandingan modifikasi nanostruktur titanium dioksida dari sintesis (residu ilmenit), komersial (P-25 Degussa) dan hasil ekstraksi ilmenit (titanium oxosulfat) dengan proses perlakuan yang sama. Hasil penelitian menunjukkan bahwa hasil pengolahan mineral ilmenit berupa residu dan filtrat (titanium oxosulfat) dapat digunakan sebagai prekusor alternatif untuk memodifikasi nanostruktur titanium dioksida. Analisis struktur mikro berupa morfologi menunjukkan bahwa precursor dari residu ilmenit hanya dapat membentuk nanostruktur berupa nanosheet TiO₂ sedangkan prekursor dari titanium oxosulfat dapat membentuk nanotube TiO₂ dengan struktur tube dapat terjaga sama seperti struktur tube yang dibentuk dari prekursor komersial. Hasil analisis struktur kristal bahwa ketika residu dan titanium oxosulfat tersebut dilakukan melalui proses hidrotermal dan pasca-hidrotermal maka fase yang diperoleh anatase TiO₂, natrium titanat dan fase Fe₂O₃. Hasil tersebut menunjukkan bahwa masih adanya pengotor (Fe) dalam nanostruktur TiO₂. Lebih lanjut, peningkatan temperatur proses hidrotermal hingga 150°C mendorong peningkatan kristalinitas TiO₂ dari 19,19 menjadi 25,75 nm, seiring dengan peningkatan kristalinitas TiO₂ menyebabkan energi celah pita menurun dari 3,11 menjadi 3,02 eV mendekati energi ruah TiO₂. Hasil perubahan mulai dari morfologi nanopartikel menjadi nanotube TiO₂ dengan struktur tube yang terjaga, kristalinitas yang tinggi dan sifat optik yaitu energi celah pita yang rendah mampu meningkatkan efisiensi degradasi sekitar 96,50%, sedangkan uji fotokatalitik dengan menggunakan cahaya tampak pada nanostruktur TiO₂ yang terbaik pada sampel nanotube TiO₂ prekursor alam dan nanosheet TiO₂ dengan efisiensi degradasi sebesar 97,96 dan 98,34%. Hal ini menunjukkan bahwa hasil pengolahan mineral ilmenit mampu membentuk nanostruktur TiO₂ yang memiliki karakteristik morfologi, sifat struktur kristal dan sifat optik serta perfoma fotokatalitik yang mendekati karakteristik nanostuktur TiO₂ komersial. ...... In this study, nanostructure modification of titanium dioxide (TiO₂) by using mineral ilmenite (FeTiO₃) as a natural precursor through hydrometallurgical extraction, hydrolysis, hydrothermal, and post-hydrothermal extraction processes were studied. This study includes a comparison of the modified titanium dioxide nanostructure from synthetic (ilmenite residue), commercial (P-25 Degussa), and extracted ilmenite (titanium oxosulphate) with the same treatment process. The results showed that the ilmenite mineral processing results in residue and filtrate (titanium oxosulphate) could be used as alternative precursors to modify titanium dioxide nanostructures. Microstructure analysis in the form of morphology showed that the precursor of ilmenite residu could only form nanostructures in the form of TiO₂ nanosheets. In contrast, precursors of titanium oxosulphate can form TiO₂ nanotubes, with the tube structure being maintained the same as the tube structure formed from commercial precursors. The results of the crystal structure analysis showed that when the residue and titanium oxosulphate were carried out by hydrothermal and post-hydrothermal processes, the phases obtained were TiO₂ anatase, sodium titanate, and Fe₂O₃ phases. These results indicate that there are still impurities (Fe) in the TiO₂ nanostructure. Furthermore, an increase in the hydrothermal process temperature up to 150°C led to an increase in the crystallinity of TiO₂ from 19.19 to 25.75 nm, along with an increase in the crystallinity of TiO₂ causing the bandgap energi to decrease from 3.11 to 3.02 eV approaching the bulk energi of TiO₂. The results of changes  ranging  from nanoparticle morphology to TiO₂ nanotubes with a well-maintained tube structure, high crystallinity, and optical properties, namely low bandgap energi, can increase the degradation efficiency by about 96.50%. while the photocatalytic test using visible light on TiO₂ nanostructures was the best on samples of natural precursor TiO₂ nanotubes and TiO₂ nanosheets with degradation efficiency of 97.96 and 98.34%. This shows that the processing of ilmenite minerals can form TiO₂ nanostructures with morphological characteristics, crystal structure properties, optical properties, and photocatalytic performance that are close to the characteristics of commercial TiO₂ nanostructures.