1

Review JurnalPhotoelectrocatalytic Degradation of Rhodamine B

on TiO2 Photonic CrystalsXiuzhen Zheng, Danzhen Li,* Xiaofang Li, Linhui Yu, Peng Wang, Xiaoyun Zhang,

Jialin Fang, Yu Shao and Yi Zheng

Departemen Kimia, Fakultas MIPA, Universitas IndonesiaKampus UI Depok, 16424, Depok, Jawa Barat, Indonesia

Fajar Prihatno E-mail : fajar.prihatno@sci.ui.ac.id

Abstrak

Struktur inverse dari opal membantu pasangan electron-hole untuk melakukan pemisahan. Hal ini menyebabkan terbentuknya banyak molekul radikal yang terbentuk dengan kemampuan oksidasi yang kuat. Diduga ketika diberikan tegangan listrik rendah, maka elektoda TiO2 dengan struktur inverse opal akan menunjukkan aktifitas fotoelektrokimia dan fotoelektrokatalisis yang lebih baik daripada film TiO2 yang disinari cahaya matahari. Ketika dilakukan penambahan scavenger, fotonik kristal TiO2 akan mendegradasi Rhodamin B menggunakan OH• radikal dan hole yang diaktifkan oleh O2• sebagai spesies aktif fotokatalisis. Kuatnya sinyal fotoluminesens dari OH• dan variasi konsentrasi nitroblue tetrazolium dapat menunjukkan OH• dan O2• yang diproduksi pada fotoelekrokatalisis daripada fotokatalisis. Akhirnya, diketahui spesies aktif fotoelektrokatalisis (PEC) dengan fotokatalisis TiO2 serta perbandingan mekanismenya pada fotonik kristal TiO2.

Kata kunci: PEC, fotokatalisis, TiO2-PC

...................................................................................................................................

.

1. Pendahuluan

Kristal fotonik adalah susunan periodik dari bahan dielektrik di dalam satu, dua, atau tiga arah periodisitas. Akibat adanya struktur geometri yang periodik, gelombang cahaya pada frekuensi dan arah tertentu tidak bisa tembus ke dalam kristal. Penomena fisis tersebut selanjutnya dapat dimanfaatkan untuk mengkonsentrasikan cahaya pada posisi tertentu di dalam kristal, sehingga diperoleh densitas cahaya dengan intensitas yang tinggi. Posisi dari konsentrasi cahaya dapat dikontrol dengan menambahkan cacat (defect) pada posisi-posisi

2

tertentu yang diinginkan (Hidayat, S., dkk., Bionatura Nov 2009; Sahrul Hidayat, Unpad press, 2009).

Sejak ditemukannya kemampuan water splitting pada permukaan Titanium (IV) oksida, TiO2 menjadi bahan penelitian yang sangat menarik. Sehingga, sebagai TiO2 telah diproduksi masal dengan berbagai bentuk dan struktur sesuai sifat fisikokimia yang diperlukan. Struktur fotonik kristal dengan struktur inverse opal pada TiO2 memiliki keunikan, yaitu luas permukaan yang besar, efek hamburan band gap fotonik (PBG), dan efek lambat fotonik. Salah satu penelitian mengenai TiO2 yang terkenal adalah kemampuannya mendegradasi polutan. Pada jurnal yang dibahas ini akan digunakan fotonik kristal TiO2 (TiO2 -PC) sebagai alat degradasi polutan zat warna, yaitu Rhodamin B (RhB) melalui elektrofotokatalisis dan fotokatalisis.

2. Karakterisasi TiO2-PC

Pada percobaaan, digunakan 3 jenis TiO2-PC yang telah diproduksi masal dengan nama T270, T340 dan T400. Penamaan ini didasari ukuran pori, contohnya T270 artinya TiO2-PC yang memiliki ukuran pori sebesar 270nm. Walaupun telah mendapat informasi mengenai ukuran pori, tetap dilakukan pengukuran karena dimungkinkan TiO2-PC memiliki kondisi yang berbeda.

Dilakukan pengukuran pori mengunkan SEM (Scanning Electron Microscope), didapat ukuran pori 200, 220, and 270nm untuk T270, T340 dan T400 secara berurutan. Dilakukan juga %T spektra untuk mendapat PBG setiap TiO2-PC yaitu 450, 557, and 630nm untuk T270, T340 dan T400 secara berurutan serta serapan puncak RhB pada 554nm.

Gambar 1. Hasil SEM (a.) T270, (b.) T340 dan (c.) T400, (d.) %T spektra

3

3. Pengukuran Kondisi Optimum Kinerja TiO2-PC

Dari 3 jenis TiO2-PC, dilakukan seleksi untuk mendapat hasil degradasi yang terbaik. Salah satu parameternya yaitu pengukuran laju arus yang dilakukan menggunakan Linear Sweep Voltametry (LSV). Hasil LSV menunjukkan bahwa T340 memberikan nilai Photocurrent tertinggi karena memiliki nilai PBG yang cocok dengan RhB.

Gambar 2. Hasil LSV.

Metode PEC pada TiO2-PC perlu diketahui potensial listrik optimum untuk degradasi RhB. Untuk mengetahui hal tersbut, dilakukan percobaan degradasi RhB menggunkan T340 dengan variasi potensial listrik. Digunakan T340 karena menghasilkan photocurrent terbesar ketika penambaha RhB. Sesuai gambar didapat, potensial liisrik optimum adalah 0,6 V.

Gambar 3. Pengukuran degradasi RhB dengan variasi potensial listrik

4

4. Perbandingan Metode PEC dengan lainnya

Kemampuan PEC sangat baik dalam mendegradasi RhB. Pada gambar, ditunjukkan perbandingan proses elektrokimia, fotolisis, fotokatalisis dan PEC. Dimana instrumen analisis yang digunakan adalah LC/MS. Didapat bahwa PEC melakukan degradasi lebih baik daripada lainnya.

Gambar 4. Pengukuran degradasi RhB dengan variasi sistem

Kemampuan fotokatalisis pada degradasi RhB harus diperhitungkan, sehingga dilakukan studi lehih lanjut. Pada gambar, ditunjukkan perbandingan kemampuan fotokatalisis dengan PEC vengan variasi campuran larutan. Dari gambar, degradassi melalui PEC lebih baik daripada fotokatalisis.

Gambar 5. Pengukuran degradasi RhB dengan variasi campuran larutan (a)PEC (b) fotokatalisis

5. Mekanisme Reaksi PEC dan Fotokatlitik

Mekanisme reaksi dapat ditentukan dari beberapa dugaan dengan data analisis spesies aktif yang beperan pada degradasi RhB. Pada gambar 6a menunjukkan bahwa jumlah OH• yang diproduksi PEC jauh lebih banyak daripada fotokatalisis. Pada gambar 6b menunjukkan bahwa jumlah O2• yang diproduksi PEC lebih banyak daripada fotokatalisis.

5

Perbedaan jumlah radikal aktif merupakan alasan bahwa PEC dapat memproduksi radikal tersebut lebih cepat. Di bawah ini adalah reaksi kimia dan dugaan mekanisme reaksi untuk sistem fotokatalisis.

Gambar 7. Skema mekaisme sistem fotokatalisis

Di bawah ini adalah reaksi kimia dan dugaan mekanisme reaksi untuk sistem PEC.

Gambar 6. Pengukuran intensitas RhB (a) OH• (b) O2•

6

Gambar 8. Skema mekaisme sistem PEC

6. Kesimpulan

Dalam kemampuan mendegradasi RhB, sistem PEC merupakan sistem yang leih baik daripada fotokatalisis. Hal ini disebabkan oleh mekanisme reaksi dimana sistem PEC akan memprodksi radikal OH dan O2 sebagai zat aktif dalam proses degradasi. Dengan kemungkinan mekanisme yanng telah digambarkan, kemampuan PEC dalam wter splitting, sel surya dan degradasi polutan sangat potensil untuk terus dikembangkan.