Sintesis Hijau Nanokomposit Fungsional CoFe2O4 dan Aplikasinya dalam Fotokatalisis serta Hipertermia Magnetik

Dyah Ayu Larasati, Prof. Dr.Eng. Edi Suharyadi, S.Si., M.Eng.;Dr. Juliasih Partini, S.Si., M.Si.

2025 | Disertasi | S3 Ilmu Fisika

Nanokomposit berbasis CoFe2O4 telah berhasil disintesis menggunakan pendekatan green synthesis dengan integrasi ZnS dan rGO, memanfaatkan ekstrak daun Moringa oleifera dan Amaranthus viridis. Variasi massa ZnS dilakukan dari 4:0,5 hingga 4:4, sedangkan rasio CoFe2O4/rGO divariasikan dari 5:1 hingga 5:5. Proses sintesis dilakukan menggunakan metode coprecipitation dan Hummers termodifikasi. Analisis difraksi sinar-X mengonfirmasi keberadaan fase kubik spinel ferrite pada CoFe2O4 dan fase kubik zinc blend pada ZnS. Ukuran kristalit nanokomposit CoFe2O4/ZnS berkisar 6 nm, sedangkan CoFe2O4/rGO sekitar 9 nm. Mikrograf menunjukkan nanopartikel berbentuk hampir bulat dengan ukuran rata-rata 12 nm untuk CoFe2O4 dan 26 nm untuk CoFe2O4/ZnS. Morfologi CoFe2O4/rGO menunjukkan bahwa nanopartikel berbentuk hampir bulat dengan ukuran berkisar 13 nm dan melekat pada lembaran rGO. Gugus fungsi seperti S=O, C=C, Fe-O, dan Co-O mengonfirmasi pembentukan nanokomposit. Spektrum UV-Vis menunjukkan peningkatan energi celah pita pada CoFe2O4/ZnS dan sedikit pergeseran merah pada CoFe2O4/rGO. Analisis sifat magnetik mengungkapkan karakteristik feromagnetik nanokomposit. Efisiensi fotodegradasi optimal tercapai pada CoFe2O4/ZnS 4:4 (78,3 ?gradasi methylene blue dalam 80 menit) dan CoFe2O4/rGO 5:5 (78,6 ?gradasi Rhodamine B dalam 120 menit). Nanokomposit ini menunjukkan kemampuan pemisahan magnetik, memungkinkan penggunaan ulang hingga tiga siklus. Karakteristik pemanasan dianalisis melalui Specific Absorption Rate (SAR). SAR CoFe2O4 adalah 85,7 mW/g, meningkat menjadi 132,9 mW/g pada CoFe2O4/ZnS dan 736 mW/g pada CoFe2O4/rGO, dengan air suling sebagai medium optimal untuk menghasilkan panas maksimum. Hasil ini menunjukkan bahwa nanokomposit berbasis CoFe2O4 yang disintesis secara ramah lingkungan memiliki potensi signifikan sebagai fotokatalis magnetik dan agen hipertermia magnetik untuk terapi kanker.

CoFe2O4-based functional nanocomposites were successfully synthesized via a green synthesis method, incorporating ZnS and rGO using Moringa oleifera and Amaranthus viridis leaf extracts as bio-reducing agents. The ZnS content was varied by adjusting the CoFe2O4:ZnS mass ratios from 4:0.5 to 4:4, while the CoFe2O4:rGO ratios ranged from 5:1 to 5:5. The synthesis employed the coprecipitation and modified Hummers methods. X-ray diffraction analysis confirmed the presence of a cubic spinel ferrite phase in CoFe2O4 and a cubic zinc blend phase in ZnS. The crystallite size of CoFe2O4/ZnS nanocomposites was around 6 nm, while CoFe2O4/rGO was approximately 9 nm. Micrographs revealed that the nanoparticles were nearly spherical, with an average size of 12 nm for CoFe2O4 and 26 nm for CoFe2O4/ZnS. The morphology of CoFe2O4/rGO showed that the nanoparticles were nearly spherical, with a size of approximately 13 nm, and were attached to rGO sheets. Functional groups such as S=O, C=C, Fe-O, and Co-O confirmed the formation of the nanocomposites. UV-Vis spectra indicated an increase in band gap energy for CoFe2O4/ZnS and a slight redshift for CoFe2O4/rGO. Magnetic property studies indicated ferromagnetic behavior in all nanocomposites. The CoFe2O4/ZnS 4:4 nanocomposite exhibited optimal photocatalytic degradation of methylene blue (78.3 % in 80 minutes), while CoFe2O4/rGO 5:5 demonstrated efficient rhodamine B degradation (78.6 % in 120 minutes). Both nanocomposites were magnetically separable and reusable for three consecutive cycles. Hyperthermia analysis using Specific Absorption Rate (SAR) revealed that the SAR value for CoFe2O4 was 85.7 mW/g, increasing to 132.9 mW/g for CoFe2O4/ZnS and 736 mW/g for CoFe2O4/rGO, with distilled water proving to be the optimal medium for heat generation. These findings highlight the significant potential of environmentally synthesized CoFe2O4-based composite nanoparticles as magnetic photocatalysts and hyperthermia agents for cancer therapy.

Kata Kunci : CoFe2O4, magnetik hipertermia, green synthesis, fotokatalis