GREEN SYNTHESIS FOTOKATALIS NANOPARTIKEL CORE-SHELL Fe3O4@TiO2 MENGGUNAKAN EKSTRAK MORINGA OLEIFERA DAN KARAKTERISASINYA

RIVALDO MARSEL T, Dr. Eng. Edi Suharyadi, S.Si., M.Eng

2022 | Tesis | MAGISTER FISIKA

Aktivitas fotokatalitik nanopartikel core-shell Fe3O4@TiO2 hasil green synthesis menggunakan ekstrak Moringa Oleifera berhasil dipelajari. Metode kopresipitasi berhasil digunakan untuk mensintesis nanopartikel tersebut dengan berbagai konsentrasi (3:1, 1:1, 1:3, 1:5, dan 1:7). Pola X-ray diffractometer (XRD) dan selected area electron diffraction (SAED) mengonfirmasi bahwa TiO2 memiliki struktur tetragonal dan Fe3O4 memiliki struktur kubik spinel terbalik dengan ukuran kristalit masing-masing pada rentang nilai sebesar (4,8 +- 0,2)-(6,7 +- 0,5) nm dan (5,1 +- 0,2)-(5,6 +- 0,5) nm. Citra transmission electron microscopy (TEM) Fe3O4@TiO2 NPs menunjukkan bentuk hampir bulat yang tidak seragam dan sedikit terdispersi dalam kondisi teraglomerasi karena adanya TiO2 sebagai shell, dengan ukuran partikel rata-rata sebesar (9,1 +- 0,1) nm. Analisa Fourier transform Infrared (FTIR) menampilkan gugus-gugus fungsi seperti CH (alifatik), C=C (cincin aromatik), dan C-N (amina alifatik), yang menunjukkan keberhasilan green synthesis. Selain itu, adanya gugus fungsi Fe-O dan Ti-O menunjukkan bahwa nanopartikel core-shell Fe3O4@TiO2 telah terbentuk. Hasil pengujian sifat magnetik menggunakan vibrating sample magnetometer (VSM) menunjukan bahwa nanopartikel memiliki nilai magnetisasi saturasi (Ms) pada rentang 11,15-30,38 emu/gr, nilai magnetisasi remanen (Mr) pada rentang 2,43-6,73 emu/gr, dan nilai koersivitas (Hc) pada rentang 55-57 Oe yang mengindikasi bahwa nanopartikel bersifat magnet kuat. Spektrum absorbansi nanopartikel ini bergeser ke kanan (redshift) sehingga dapat menyerap sinar ultraviolet (UV). Nanopartikel ini memiliki energi celah pita dengan rentang nilai dari (3,01 +- 0,02) - (3,45 +- 0,02) eV. Nanopartikel core-shell Fe3O4@TiO2 dengan konsentrasi 1:7 memiliki efisiensi degradasi MB sangat baik pada 20 menit pertama dan mampu mencapai nilai degradasi 99,9%. Pelapisan TiO2 pada nanopartikel Fe3O4 yang terbentuk secara signifikan meningkatkan penyerapan sinar UV. Kemampuan magnetik nanopartikel ini membuatnya mampu didaur ulang hingga empat kali tanpa kehilangan aktivitas yang signifikan. Oleh karena itu, green synthesis nanopartikel core-shell Fe3O4@TiO2 sangat menjanjikan sebagai material fotokatalis yang memiliki stabilitas dan reusabilitas yang baik untuk aplikasi terhadap lingkungan.

The photocatalytic activity of the core-shell Fe3O4@TiO2 nanoparticles produced by the green synthesis using Moringa Oleifera extract was studied successfully. The coprecipitation synthesis method was successfully used to synthesize these nanoparticles with various concentrations (3:1, 1:1, 1:3, 1:5, and 1:7). X-ray diffractometer (XRD) and selected area electron diffraction (SAED) patterns confirmed that TiO2 has a tetragonal structure and Fe3O4 has an inverted cubic spinel structure with crystallite size in the value range (4,8 +- 0,2) - (6,7 +- 0,5) nm and (5,1 +- 0,2) - (5,6 +- 0,5) nm, respectively. Transmission electron microscopy (TEM) image of core-shell Fe3O4@TiO2 NPs shows almost spherical, which was not uniform and slightly dispersed under agglomerated conditions due to the presence of TiO2 as a boundary, with an average particle size of (9,1 +- 0,1) nm. The Fourier-transform infrared analysis shows functional groups such as C-H (aliphatic), C=C (aromatic ring), and C-N (amine aliphatic), respectively, which indicates the successfully green synthesis. In addition, the presence of Fe-O and Ti-O functional groups indicates that Fe3O4@TiO2 core-shell nanoparticles have been formed. The results of the magnetic properties test using a vibrating sample magnetometer (VSM) showed that the nanoparticles had saturation magnetization (Ms) values in the range of 11.15-30.38 emu/gr, remanent magnetization (Mr) values in the range 2,43-6,73 emu/gr, and the coercivity (Hc) values in the range of 55-57 Oe which indicated that the nanoparticles are strong magnets. The absorbance spectrum of these nanoparticles shifts to the right (redshift) so that they can absorb ultraviolet (UV) light. These nanoparticles have band gap energy in the range of values from (3,01 +- 0,02) - (3,45 +- 0,02) eV. Efficiency degradation of MB was proven to be the best for Fe3O4/TiO2 with a concentration of 1:7 in the first 20 minutes and achieved a degradation value of 99.9%. TiO2 coating on Fe3O4 formed nanoparticles significantly increases UV light absorption. The magnetic ability of these nanoparticles allows them to be recycled up to four times without significant loss of activity. Therefore, green synthesis of core-shell Fe3O4@TiO2 nanoparticles is very promising as a photocatalyst material which has good stability and reusability for environmental applications.

Kata Kunci : Core-shell, Fe3O4@TiO2, fotokatalis, green synthesis, Moringa Oleifera.