PENGEMBANGAN SENSOR GAS KARBON MONOKSIDA BERBAHAN TiO2 TERDOPING Ni YANG TEREMBAN PADA Al2O3

JACSON VICTOR MORIN, Prof. Dr. Endang Tri Wahyuni, M.S; Dr. rernat. Adhitasari Suratman, S.Si., M.Si; Dr. Tech. Ahmad Ashari, M.I.Kom.,

2021 | Disertasi | DOKTOR KIMIA

Dalam rangka pengembangan bahan sensor gas karbon monoksida berbahan TiO2 yang sensitif pada suhu rendah, telah dilakukan preparasi pendopingan TiO2 dengan logam Ni dan terlapiskan pada Al2O3, serta karakterisasi dan uji aktivitas. Doping dimaksudkan untuk menurunkan nilai Eg yang dapat meningkatkan aktivitas sensing dari TiO2. Bahan sensor dilapiskan pada Al2O3 agar mudah diaplikasikan dalam proses sensor gas dalam sistem Arduino. Proses doping TiO2 dilakukan dengan metode sol-gel dengan menggunakan tiitania tetra isopropoksida (TTiP) sebagai prekursor TiO2 dan NiCl2.6H2O sebagai sumber dopan Ni. Dalam tahap ini telah digunakan larutan sol-gel dan dipelajari pengaruh kadar Ni (5, 10, 15, 20, dan 25 mg/g TiO2) dan pH larutan (2, 4, 7, dan 9) terhadap karakter dan aktivitas sensor. Pelapisan TiO2 doped Ni pada Al2O3 dilakukan dengan menggunakan metode dip coating dengan cara pencelupan 7 kali dan kalsinasi pada suhu 450 derajad celsius selama 3 jam. Karakterisasi TiO2 doped Ni/Al2O3 dilakukan dengan menggunakan alat spektrofotometer UV-DRS, XRD, FTIR, dan mikroskop SEM-EDX. Uji aktivitas TiO2 doped Ni/Al2O3 sebagai bahan sensor gas CO dilakukan dalam reaktor uji gas pada berbagai suhu. Aktivitas bahan sensor dinyatakan dengan resistensi. Hasil karakterisasi menunjukkan bahwa doping Ni pada TiO2 dengan metode sol-gel menghasilkan TiO2 jenis anatas dengan dopan Ni yang berada pada kisi kirstalnya. Kadar Ni dalam bahan sensor TiO2 doped Ni/Al2O3 maupun pH preparasi bahan sensor tersebut menentukan penurunan nilai Eg dan penurunan Eg yang maksimal yaitu menjadi 2,75 dari 3,2 eV dihasilkan oleh TiO2 doped Ni/Al2O3 dengan kadar Ni 20 mg/g dan hasil preparasi pada pH 7. Hasil uji aktivitas menunjukkan bahwa doping Ni dalam bahan sensor dapat meningkatkan sensitivitas bahan sensor terhadap gas CO. Kenaikan kadar Ni dalam bahan sensor hingga 20 mg/g dan kenaikan pH preparasi hingga 7 telah menghasilkan bahan sensor dengan aktivitas yang semakin tinggi dan mencapai maksimum pada kondisi tersebut. Kenaikan suhu operasional hingga 120 derajat celsius menunjukkan sensing gas CO yang semakin tinggi dan mencapai maksimum pada suhu 200 derajat celcius. Uji sensitivitas menghasilkan nilai Rs/Ro yang mendekati nilai sensitivitas datasheet sensor gas CO. Sensor TiO2 doped Ni sangat selektif terhadap gas CO, dibandingkan dengan gas SO2 dan NO2. Nilai LoD yang dihasilkan sebesar 3,2 artinya sensor ini bisa mendeteksi kadar CO yang rendah. Usia sensor berdasarkan hasil uji coba selama 14 bulan masih layak digunakan sebagai sensor.

In order to develop a carbon monoxide gas sensor material based on TiO2 which is sensitive to low temperatures, TiO2 has been made with Ni metal and coated with Al2O3, as well as characterization and activity tests. Doping is intended to reduce the Eg value which can increase the sensing activity of TiO2. The sensor material is superimposed on Al2O3 so that it is easy to apply in the gas sensor process in the Arduino system. The TiO2 doping process was carried out by the sol-gel method using tiitania tetra isopropoxide (TTiP) as a precursor for TiO2 and NiCl2.6H2O as a source of Ni dopants. In this stage the sol-gel solution has been used and studied the effect of Ni levels (5, 10, 15, 20, and 25 mg/g TiO2) and the pH of the solution (2, 4, 7, and 9) on the character and activity of the sensor In this stage the sol-gel solution has been used and studied the effect of Ni levels (5, 10, 15, 20, and 25 mg/g TiO2) and the pH of the solution (2, 4, 7, and 9) on the character and activity of the sensor. TiO2 doped Ni coating on Al2O3 was carried out using the dip coating method by immersing 7 times and calcining at a temperature of 450 celcius degree for 3 hours. The characterization of TiO2 doped Ni/Al2O3 was carried out using a UV-DRS, XRD, FTIR, and SEM-EDX microscope. The TiO2 doped Ni/Al2O3 activity test as a CO gas sensor material was carried out in a gas test reactor at various temperatures. The activity of the sensor material is expressed in terms of resistance. The characterization results showed that the doping of Ni to TiO2 with the sol-gel method resulted in anatas TiO2 with Ni dopants in the crystal lattice. The Ni content in the TiO2 doped Ni/Al2O3 sensor material and the pH of the sensor material preparation determines the decrease in the Eg value and the maximum decrease in Eg, which is 2.75 from 3.2 eV produced by TiO2 doped Ni / Al2O3 with Ni content of 20 mg / g and The results of the preparation at pH 7. The results of the activity test show that the Ni doping in the sensor material can increase the sensitivity of the sensor material to CO gas. An increase in the Ni content in the sensor material up to 20 mg / g and an increase in the pH of the preparation up to 7 have resulted in a sensor material with higher activity and reaching a maximum under these conditions. An increase in operating temperature of up to 120 celcius degree indicates a higher sensing of CO gas and reaches a maximum at a temperature of 200 celcius degree. The sensitivity test produces a value of Rs/Ro which is close to the sensitivity value of the CO gas sensor datasheet. The TiO2 doped Ni sensor is very selective towards CO gas, compared to SO2 and NO2 gases. The resulting LoD value of 3.2 means that this sensor can detect low CO levels. The age of the sensor based on the test results for 14 months is still suitable for use as a sensor.

Kata Kunci : Sensor Gas, TiO2 doped Ni, Dip coating, Karbon monoksida