SINTESIS, KARAKTERISASI, DAN UJI AKTIVITAS FOTOKATALITIK DARI NANOPARTIKEL CORE-SHELL CoFe2O4@ZnO

AFIFAH THAHIRAH M, Dr. Edi Suharyadi, M.Eng.

2020 | Tesis | MAGISTER FISIKA

Pada penelitian ini, nanopartikel core-shell CoFe2O4@ZnO disintesis menggunakan dua tahap metode untuk menghasilkan fotokatalis dengan kinerja fotokatalitik yang tinggi dan mudah dipisahkan. Nanopartikel core-shell CoFe2O4@ZnO dengan variasi rasio molar 1:2, 1:3, 1:4, dan 1:5 dianalisis dengan XRD, TEM, VSM, FTIR, dan UV-Vis. Spektrum XRD mengkonfirmasi keberadaan fase cubic spinel ferrite dari CoFe2O4 dan hexagonal wurtzite dari ZnO. Ukuran kristalit didapatkan sekitar 14.9-20.6 nm. Pengukuran TEM menunjukan bahwa nanopartikel core-shell diselimuti membaran tipis yang menunjukan keberadaan ZnO sebagai shell dan juga menunjukan bahwa nanopartikel teraglomerasi dan merupakan nanopartikel polikristalin. Selain itu, kurva histerisis menunjukan CoFe2O4@ZnO memiliki magnetisasi saturasi (Ms) yang tinggi dan koersivitas (Hc) yaitu ~30 emu.g-1 dan 326 Oe. Spektrum FTIR menunjukan keberadaan ikatan Moct-O, Mtet-O, dan Zn-O pada bilangan gelombang 593 cm-1, 347-389 cm-1, dan 410-429 cm-1. Pengukuran UV-Vis menghasilkan nilai energi celah pita yang menurun seiring dengan menurunya konsentrasi ZnO. Studi fotokatalitik dilakukan menggunakan methylene blue (MB) dengan radiasi UV selama 180 menit. Persentase degradasi meningkat seiring meningkatnya konsentrasi ZnO. Fotodegradasi maksimum adalah 57,2%, 60,5%, 65,5%, dan 78,3% untuk masing-masing rasio molar 1:2, 1:3, 1:4, dan 1:5. CoFe2O4@5ZnO merupakan fotokatalis dengan aktivitas fotokatalitik tertinggi dan laju degradasi tercepat. Persentase degradasi meningkat akibat terbentuknya struktur baru antara CoFe2O4 dan ZnO berupa p-n junction yang menghambat rekombinasi elektron-hole. CoFe2O4@ZnO dengan Ms tinggi menghasilkan fotokatalis yang mudah dipisahkan dengan MB menggunakan magnet eksternal. Sehingga, CoFe2O4@ZnO dapat digunakan kembali dalam pemakaian berulang meskipun stabilitas degradasinya rendah.

In this study, CoFe2O4@ZnO core-shell nanoparticles is synthesized by two step chemical methods to provide easy separated photocatalysts with high photocatalytic activity performance. Core-shell nanoparticles with various CoFe2O4-to-ZnO molar ratio (1:2, 1:3, 1:4, 1:5) are investigated over XRD, TEM, VSM, FTIR, and UV-Vis spectroscopy. XRD spectra confirms the cubic spinel ferrite phase structure of CoFe2O4 and the hexagonal wurtzite phase of ZnO. The crystallite size is found within the range of 14.9-20.6 nm. TEM measurement confirms that core-shell nanoparticle to be covered by a thin membrane which indicated the presence of ZnO as a shell and also confirms that it is agglomerated and it is made up by polycrystalline. Moreover, magnetic hysteresis shows that CoFe2O4@ZnO has high saturation magnetization (Ms) about 30 emu.g-1 and coercivity (Hc) about 300 Oe. FTIR spectra shows the exictence of Moct-O at 593 cm-1, Mtet-O at 347-389 cm-1, and Zn-O at 410-429 cm-1. UV-Vis measurement bring out the decreasing band gap energy while ZnO content increases. Photocatalytic investigation is carried out by using methylene blue (MB) under UV irradiation for 180 min. The result yields the enhancement of degradation percentages as ZnO content increases. The maximum photodegradation achieve are 57,2%, 60,5%, 65,5%, 78,3% for molar ratio of 1:2, 1:3, 1:4, 1:5, respectively. The CoFe2O4@ZnO of 1:5 molar ratio exhibit the highest photocatalytic level and the fastest degradation rate. The enhancement of MB degradation can be attribute to the formation of internal structure between CoFe2O4 and ZnO in the form of p-n junction that prevent recombination electron-hole. CoFe2O4@ZnO with the high saturation magnetization leads to the easy separation between the photocatalysts and MB by external magnet. Therefore, CoFe2O4@ZnO can be reuse in consecutive cycles even though it has low degradation stability.

Kata Kunci : CoFe2O4, core-shell, degradasi MB, aktivitas fotokatalitik, ZnO./CoFe2O4, core-shell, MB degradation, photocatalytic activity, ZnO.