Sintesis ZnO dengan Tambahan Surfaktan Kationik dan Anionik Menggunakan Metode Hidrotermal

SINTESIS ZnO DENGAN TAMBAHAN SURFAKTAN
KATIONIK DAN ANIONIK MENGGUNAKAN
METODE HIDROTERMAL

RYNA MARDIYANA SIAHAAN

DEPARTEMEN KIMIA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2013

PERNYATAAN MENGENAI SKRIPSI DAN
SUMBER INFORMASI SERTA PELIMPAHAN HAK CIPTA
Dengan ini saya menyatakan bahwa skripsi yang berjudul Sintesis ZnO
dengan Tambahan Surfaktan Kationik dan Anionik Menggunakan Metode
Hidrotermal adalah benar karya saya dengan arahan dari komisi pembimbing dan
belum diajukan dalam bentuk apa pun kepada perguruan tinggi mana pun. Sumber
informasi yang berasal atau dikutip dari karya yang diterbitkan maupun tidak
diterbitkan dari penulis lain telah disebutkan dalam teks dan dicantumkan dalam
Daftar Pustaka di bagian akhir skripsi ini.

Dengan ini saya melimpahkan hak cipta dari karya tulis saya kepada Institut
Pertanian Bogor.
Bogor, Februari 2013
Ryna Mardiyana Siahaan
NIM G44080072

ABSTRAK
RYNA MARDIYANA SIAHAAN. Sintesis ZnO dengan Tambahan Surfaktan
Kationik dan Anionik Menggunakan Metode Hidrotermal. Dibimbing oleh IRMA
HERAWATI SUPARTO dan AGUS SAPUTRA.
ZnO merupakan bahan semikonduktor yang banyak digunakan dalam
berbagai aplikasi, contohnya dalam sel solar. Penelitian ini bertujuan menyintesis
ZnO menggunakan bahan ZnSO4 dan KOH dengan metode hidrotermal serta
mengevaluasi pengaruh surfaktan pada proses sintesis ini. Tahap pertama ialah
sintesis ZnO dengan ragam konsentrasi ZnSO4:KOH (1:2, 1:3, 1:4, dan 1:5). Hasil
terbaik dipilih berdasarkan analisis difraksi sinar-X. Sintesis ZnO hasil nisbah
terbaik
dilakukan
kembali
dengan

tambahan
surfaktan
kationik
setiltrimetilamonium bromida (CTAB) dan surfaktan anionik natrium dodesil
sulfat (SDS). Berdasarkan analisis tahap pertama, diperoleh nisbah terbaik adalah
1:2 dengan kristalinitas 86.29%. Nisbah ini dipilih karena menghasilkan
kristalinitas yang tinggi juga jumlah pengotor paling sedikit. Hasil sintesis dengan
tambahan CTAB dan SDS memberikan nilai kristalinitas lebih tinggi, secara
berurutan 88.76% dan 89.13%. Perhitungan dengan persamaan Scherrer
menunjukkan tambahan CTAB menghasilkan ukuran kristal sintesis paling kecil.
Berdasarkan data tersebut didapatkan bahwa surfaktan mempengaruhi ciri ZnO
dengan meningkatkan kristalinitas dan memperkecil ukuran kristal.
Kata kunci: CTAB, hidrotermal, SDS, ZnO

ABSTRACT
RYNA MARDIYANA SIAHAAN. Synthesis of ZnO with Cationic and Anionic
Surfactant Addition by Hydrothermal Method. Supervised by IRMA HERAWATI
SUPARTO and AGUS SAPUTRA.
ZnO is a semiconductor material that has been widely used in various
applications, such as solar cell. This study aimed to synthesis ZnO with ZnSO4

and KOH using hydrothermal method and evaluate the effect of surfactants on the
synthesis process. First, ZnO was synthesized with various concentrations of
ZnSO4:KOH (1:2, 1:3, 1:4 and 1:5). The best result was chosen by X-ray
diffraction analysis. Synthesis of ZnO with the best ratio was carried out again
with the addition of cationic surfactant, cetyltrimethylammonium bromide
(CTAB), and anionic surfactant, sodium dodecyl sulphate (SDS). Based on the
diffractograms, the best ratio was 1:2 with 86.29% crystallinity. This ratio was
chosen due to the high crystallinity and the least impurities. Synthesis with the
addition of CTAB and SDS gave higher crystallinity, 88.76% and 89.13%,
respectively. Based on calculation using Scherrer’s equation, it showed that the
addition of CTAB resulted the smallest crystal size. Based on those data, it can be
concluded that surfactants have improved the characteristics ZnO by increasing
the crystalinity and reducing the crystal size.
Keywords: CTAB, hydrothermal, SDS, ZnO

SINTESIS ZnO DENGAN TAMBAHAN SURFAKTAN
KATIONIK DAN ANIONIK MENGGUNAKAN
METODE HIDROTERMAL

RYNA MARDIYANA SIAHAAN

Skripsi
sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar
Sarjana Sains
pada
Departemen Kimia

DEPARTEMEN KIMIA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2013

Judul Skripsi : Sintesis ZnO dengan Tambahan Surfaktan Kationik dan
Anionik Menggunakan Metode Hidrotermal
Nama
: Ryna Mardiyana Siahaan
NIM
: G44080072

Disetujui oleh

Dr dr Irma Herawati Supatro, MS
Pembimbing I

Agus Saputra, SSi, MSi
Pembimbing II

Diketahui oleh

Prof Dr Ir Tun Tedja Irawadi, MS
Ketua Departemen

Tanggal Lulus :

PRAKATA
Segala puji penulis naikkan kepada Tuhan Yesus Kristus atas segala berkat
kasih-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan karya ilmiah ini dengan judul
Sintesis ZnO dengan Tambahan Surfaktan Kationik dan Anionik Menggunakan
Metode Hidrotermal.

Penulis menyadari bahwa keberhasilan penulisan karya ilmiah ini tidak
lepas dari bantuan berbagai pihak. Oleh karena itu, pada kesempatan ini penulis
mengucapkan terima kasih kepada Ibu Dr dr Irma Herawati Suparto, MS dan
Bapak Agus Saputra, SSi, MSi selaku pembimbing yang senantiasa memberikan
arahan, dorongan, masukkan, serta doa selama penelitian. Penulis juga
mengucapkan terima kasih kepada Bapak Syawal, Bapak Mulyadi, Bapak
Sunarsa, Teh Nurul, Om Eman, serta Bapak Didik.
Terima kasih tak terhingga penulis ungkapkan kepada Ibu, Bapak dan kedua
adikku, Erika dan Dea, serta seluruh keluarga atas dukungan dan kasih sayangnya.
Ucapan terima kasih kepada Nenah, Ade Irawan, Linda, Fiqoh, Ires, Anna, Bani,
Ami, Amin, Taufik, dan teman-teman kimia 45 serta rekan-rekan KPS atas
semangat, motivasi, dan dorongannya dalam menyusun karya ilmiah ini.
Semoga tulisan ini dapat bermanfaat bagi penulis maupun bagi pembaca.

Bogor, Februari 2013
Ryna Mardiyana Siahaan

DAFTAR ISI
DAFTAR GAMBAR

vi

DAFTAR LAMPIRAN

vi

PENDAHULUAN

1

Tujuan Penelitian
METODE

2
2

Bahan dan Alat

2

Prosedur Penelitian

2

HASIL DAN PEMBAHASAN

3

Hasil

3

Pembahasan

6

SIMPULAN DAN SARAN

8

Simpulan

8

Saran

8

DAFTAR PUSTAKA

9

LAMPIRAN

12

RIWAYAT HIDUP

21

DAFTAR GAMBAR
1 Pola difraksi sinar-X kristal ZnO hasil sintesis dengan nisbah ZnSO4:KOH
(1:2)

4

2 Pola difraksi sinar-X kristal ZnO hasil sintesis dengan nisbah ZnSO4:KOH
(1:3, 1:4, dan 1:5)

4

3 Pola difraksi sinar-X kristal ZnO hasil sintesis dengan nisbah ZnSO4:KOH
(1:2) dengan tambahan surfaktan

5

DAFTAR LAMPIRAN
1 Diagram alir penelitian

12

2 Sintesis ZnO dengan surfaktan CTAB dan SDS

13

3 Data JCPDS untuk ZnO, Zn(OH)2, dan K2SO4

14

4 Data puncak hasil difraksi sinar-X

16

5 Analisis ukuran kristal ZnO hasil sintesis dengan persamaan Scherrer

19

6 Contoh perhitungan ukuran kristal ZnO

20

PENDAHULUAN
Seng oksida (ZnO) merupakan mineral yang terdapat pada kerak bumi.
Senyawa ini bersifat tidak larut dalam air pada suhu 20 °C, mempunyai densitas
5,61 g/cm3, dan titik leleh 1975 °C (Merck 2012). Senyawa ini termasuk
kelompok semikonduktor yang memiliki celah lebar pita 3,37 eV (pada 300 K)
karakterisasi ini sesuai untuk aplikasi optoelektronik panjang gelombang pendek
dan mengikat energi eksiton (60 meV) pada suhu ruang (Yang 2008; Choi et al.
2012). ZnO yang digunakan secara komersial pada umumnya diproduksi secara
sintesis. Aplikasi penggunaan ZnO diantaranya sebagai peralatan elektronik, alat
akustik permukaan gelombang, sensor gas, dan sel solar (Ni et al. 2005, Sridevi
dan Rajendran 2009)
Serbuk ZnO dapat disintesis dengan metode reaksi padatan dan metode
larutan-cair. Reaksi padatan dilakukan pada suhu tinggi dan memiliki keuntungan
antara lain ZnO yang dihasilkan memiliki kemurnian dan kristalinitas yang baik.
Akan tetapi, ZnO yang disintesis dengan metode reaksi pada kondisi padat
menghasilkan partikel dengan ukuran besar dan morfologi tidak teratur. Oleh
karena itu, metode hidrotermal dipilih untuk mengatasi masalah tersebut.
Beberapa keuntungan metode hidrotermal antara lain peralatan yang mudah, biaya
rendah, menghasilkan luas permukaan yang seragam, ramah lingkungan, dan tidak
terlalu berbahaya (Aneesh et al. 2007; Wang et al. 2011).
Beberapa penelitian sebelumnya telah berhasil menyintesis ZnO
menggunakan metode hidrotermal dengan berbagai sumber seng, di antaranya
seng sulfat (ZnSO4), seng klorida (ZnCl), seng asetat [Zn(CH3COO)2], dan seng
nitrat [Zn(NO3)2]. Aneesh et al. (2007) melakukan sintesis ZnO dengan
mencampurkan Zn(CH3COO)2·2H2O dan NaOH nisbah 1:2, 1:3, 1:4, dan 1:5
menggunakan metanol sebagai pelarutnya. Proses sintesis menggunakan
hidrotermal dengan ragam suhu 100–200 °C berlangsung selama 6 dan 12 jam.
Hasil sintesis yang diperoleh ZnO berbentuk kisi wurtzit heksagonal dan ukuran
partikel meningkat seiring dengan naiknya suhu dan menurunnya konsentrasi
reaktan yang diberikan.
Ni et al. (2005) berhasil menyintesis ZnO dengan mereaksikan ZnCl2 dan
KOH dengan adanya tambahan surfaktan setiltrimetilamonium bromida (CTAB)
menggunakan metode hidrotermal pada suhu 120 °C selama 5 jam. Hasilnya
diperoleh kristal berbentuk seperti batangan dengan ukuran rata-rata 50 nm × 250
nm. Wen-tao et al. (2010) juga berhasil menyintesis ZnO dengan mereaksikan
ZnSO4 dan Na2CO3 menggunakan metode hidrotermal pada suhu 160 °C selama
6 jam dengan berbagai nilai pH, di antaranya pH 6.5, 9.5, 10, dan 10.5. Hasil
sintesis terbaik diperoleh dengan nilai pH 10.5 yang kemudian ditambahkan asam
etilenadiaminatetraasetat (EDTA). Sampel hasil sintesis yang dihasilkan
berukuran 50–60 m dengan diameter 1–2 m. Oleh karena itu, pada penelitian ini
sintesis ZnO dilakukan dengan mereaksikan ZnSO4 dan KOH menggunakan
metode hidrotermal pada suhu 120–160 °C dengan laju kenaikan 10 °C/jam dan
setelah 160 °C pemanasan dilanjutkan selama 6 jam.
Morfologi kristal ZnO dapat dikontrol dengan adanya tambahan surfaktan
(Wang et al. 2011). Surfaktan juga digunakan dalam penelitian ini

dengan tujuan untuk mempelajari pengaruhnya terhadap sintesis ZnO. Jenis
surfaktan yang digunakan ada 2, yaitu surfaktan kationik dan anionik. Surfaktan
kationik adalah surfaktan yang bagian alkilnya terikat pada suatu kation,
contohnya adalah CTAB. Surfaktan anionik adalah surfaktan yang bagian alkilnya
terikat pada suatu anion, contohnya adalah natrium dodesil sulfat (SDS). Menurut
Sun et al. (2002), surfaktan dapat mengontrol morfologi sehingga menghasilkan
nilai kristalinitas yang tinggi.
Kristal hasil sintesis dianalisis menggunakan difraksi sinar-X (XRD).
Metode XRD berdasarkan sifar difraksi sinar-X, yakni hamburan cahaya dengan
panjang gelombang saat melewati kisi kristal dengan sudut datang θ dan jarak
antar bidang kristal sebesar d. Data yang diperoleh dari metode karakterisasi XRD
adalah sudut hamburan (sudut Bragg) dan intensitas. Metode ini dapat digunakan
untuk menentukan sistem kristal, parameter kisi, derajat kristalinitas, fase yang
terdapat dalam suatu sampel, dan menentukan ukuran kristal (Cullity dan Stock
2001).

Tujuan Penelitian
Tujuan dari penelitian ini adalah menyintesis ZnO menggunakan metode
hidrotermal dengan adanya tambahan surfaktan kationik dan anionik. Ragam
konsentrasi basa dan jenis surfaktan dilakukan dalam penelitian ini untuk
mengetahui pengaruhnya dalam sintesis.

METODE
Metode penelitian mengikuti diagram alir pada Lampiran 1 dan 2 yang
meliputi sintesis ZnO dengan metode hidrotermal, sintesis ZnO dengan
menggunakan surfaktan kationik dan anionik dengan metode hidrotermal, dan
karakterisasi ZnO dengan analisis XRD.

Bahan dan Alat
Bahan-bahan yang digunakan, yaitu serbuk ZnSO4·7H2O p a, KOH padatan
p a, NH4Cl 5 M, HNO3 pekat, CTAB, SDS, etanol 85% (teknis), air deionisasi,
dan akuades. Alat-alat yang digunakan, yaitu peralatan gelas, radas hidrotermal,
pengaduk magnet, oven, pH meter, dan XRD Shimadzu XRD-7000.

Prosedur Penelitian
Sintesis ZnO dengan metode hidrotermal (modifikasi Ni et al. 2005 dan Wentao et al. 2010)
Penelitian ini menggunakan bahan dasar, yaitu ZnSO4·7H2O. Bahan
tersebut dikeringkan hingga bobotnya tetap dan direaksikan dengan KOH.

ZnSO4 yang digunakan adalah 0.01 mol, sedangkan ragam KOH yang digunakan
adalah 0.02, 0.03, 0.04, dan 0.05 mol. Masing-masing campuran diaduk hingga
homogen. Larutan campuran kemudian ditambahkan NH4Cl 5 M hingga mencapai
pH 10.5 dan dimasukkan ke dalam alat hidrotermal dengan pemanasan 120–160
°C, laju kenaikan suhu 10 °C/jam dan saat 160 °C pemanasan dilakukan selama 6
jam.
Sintesis ZnO menggunakan surfaktan kationik dan anionik
Kristal terbaik yang diperoleh hasil nisbah sebelumnya dikerjakan kembali
dengan diberi tambahan surfaktan (CTAB dan SDS). Padatan ZnSO4 dan KOH
masing-masing dilarutkan dalam air deionisasi lalu dicampur hingga homogen.
Larutan tersebut kemudian ditambahkan 0.0005 mol surfaktan dan NH4Cl 5 M
hingga mencapai nilai pH 10.5. Setelah itu campuran dimasukkan ke dalam alat
hidrotermal lalu dipanaskan pada suhu 120–160 °C dengan laju kenaikan suhu 10
°C/jam dan saat 160 °C pemanasan dilakukan selama 6 jam.
Karakterisasi menggunakan XRD
Serbuk kristal hasil hidrotermal pada kedua tahap dianalisis lebih lanjut
dengan XRD Shimadzu XRD-7000. Sampel dicirikan dengan lampu radiasi Cu
pada kisaran 2θ 10-80°. Hasil yang diperoleh dibandingkan dengan data XRD
Joint Commitee of Power Diffraction Standard (JCPDS). Data JCPDS dapat di
lihat pada Lampiran 3. Ukuran rerata kristal hasil sintesis dapat dihitung
menggunakan persamaan Scherrer dengan rumus sebagai berikut:
dimana adalah panjang gelombang yang digunakan, β adalah nilai Full Width at
Half Maximum (FWHM) dalam satuan radian, dan θ adalah sudut difraksi (Cullity
dan Stock 2001).

HASIL DAN PEMBAHASAN
Hasil
Sintesis ZnO menggunakan bahan baku ZnSO4 dan KOH dengan metode
hidrotermal tanpa dan dengan tambahan surfaktan seluruhnya menghasilkan
serbuk berwarna putih, dengan permukaan halus, dan tidak larut dalam air tetapi
larut dalam asam kuat (HNO3 pekat). Ciri kristal hasil sintesis dengan metode
hidrotermal pada berbagai ragam KOH dan surfaktan secara umum memiliki
kesamaan dalam hal sifat fisiknya.
Sintesis ZnO dengan berbagai nisbah ZnSO4:KOH
Pola difraktogram kristal ZnO hasil sintesis dengan nisbah ZnSO4:KOH
(1:2) dapat di lihat pada Gambar 1.

Intensitas (I)

4

Sudut 2θ

Gambar 1 Pola difraksi sinar-X kristal ZnO hasil sintesis dengan nisbah
ZnSO4:KOH (1:2)

Intensitas (I)

Kristal ZnO berdasarkan pola difraksi sinar-X dengan nilai sudut 2θ
teramati pada 31°, 34°, 36°, 56°, dan 62° (Lampiran 4a). Derajat kristalinitas yang
diperoleh sebesar 86.29%.
Pola difraktogram kristal ZnO hasil sintesis dengan nisbah ZnSO4:KOH
(1:3, 1:4, dan 1:5) dapat di lihat pada Gambar 2.

Intensitas (I)

(a)

Intensitas (I)

(b)

Sudut 2θ

(c)
Gambar 2 Pola difraksi sinar-X kristal ZnO hasil sintesis dengan nisbah
ZnSO4:KOH (a) 1:3, (b) 1:4, dan (c) 1:5

5

Kristal ZnO berdasarkan pola difraksi sinar-X pada ketiga hasil sintesis
tersebut teramati pada nilai sudut 2θ 31° (Lampiran 4 b, c , dan d). Puncak-puncak
pengotor seperti Zn(OH)2 dan K2SO4 juga banyak terdapat pada hasil sintesis
tersebut. Derajat kristalinitas yang diperoleh dengan nisbah ZnSO4:KOH (1:3, 1:4,
dan 1:5) masing-masing adalah 56.36%, 54.06%, dan 44.00%.

Intensitas (I)

Intensitas (I)

Sintesis ZnO (ZnSO4:KOH = 1:2) dengan tambahan surfaktan
Pola difraktogram kristal ZnO (1:2) hasil sintesis dengan tambahan
surfaktan dapat di lihat pada Gambar 3.

Sudut 2θ

Gambar 3 Pola difraksi sinar-X kristal ZnO hasil sintesis nisbah ZnSO4:KOH
(1:2) dengan tambahan CTAB (atas) dan SDS (bawah)
Kristal ZnO berdasarkan pola difraksi sinar-X dengan nilai sudut 2θ
teramati pada 31°, 34°, 36°, 56°, dan 62° (Lampiran 4 e dan f). Derajat
kristalinitas yang diperoleh dengan tambahan CTAB dan SDS masing-masing
sebesar 88.76% dan 89.13%.
Ukuran kristal berdasarkan data XRD
Berdasarkan data analisis XRD dapat dihitung ukuran kristal ZnO hasil
sintesis menggunakan persamaan Scherrer (Cullity dan Stock 2001). Berikut
adalah hasil perhitungan ukuran kristal ZnO menggunakan persamaan Scherrer.
Tabel 1 Hasil analisis terhadap ukuran kristal berdasarkan persamaan Scherrer
Perlakuan
Rerata (nm)
Kisaran ukuran (nm)
ZnSO4 : KOH (1:2)
34.4348
29.5474–38.2330
ZnSO4 : KOH (1:2) + CTAB
28.1203
25.2726–33.0277
ZnSO4 : KOH (1:2) + SDS
32.6540
31.1622–33.9544

6

Pembahasan
Sintesis ZnO pada penelitian ini dilakukan dengan metode hidrotermal
menggunakan ZnSO4 dan KOH. Proses hidrotermal dilakukan dalam suatu sistem
tertutup, yaitu dalam radas hidrotermal yang terbuat dari baja tahan karat untuk
menahan tekanan yang tinggi. Tempat terjadinya reaksi menggunakan suatu
wadah yang terbuat dari teflon yang bersifat inert.
Sintesis ZnO dengan metode hidrotermal
Sintesis dengan nisbah 1:2 menghasilkan endapan putih ketika dilakukan
pencampuran ZnSO4 dan KOH. Endapan ini diperoleh paling banyak daripada
nisbah 1:3, 1:4, dan 1:5. Endapan tersebut diduga adalah Zn(OH)2. Endapan ini
sama dengan yang diperoleh Xu et al. (2004) ketika mencampurkan antara
Zn(CH3COO)2 dan KOH. Campuran ini diperoleh sangat kental dengan nilai pH
mencapai 13 karena pengaruh kuatnya basa dari KOH. Campuran kemudian
ditambahkan larutan NH4Cl 5M hingga mencapai nilai pH 10.5 yang selanjutnya
dilakukan proses hidrotermal. Berdasarkan difraktogram (Gambar 1), diketahui
bahwa ZnO telah berhasil terbentuk dengan nilai kristalinitas 86.29%, akan tetapi
masih terdapat pengotor berupa Zn(OH)2 dan K2SO4. Zn(OH)2 tersebut diduga
belum sepenuhnya berhasil diubah menjadi ZnO, sedangkan K2SO4 disebabkan
proses pencucian yang belum sempurna sehingga masih terdapat hingga proses
pengeringan sampel.
Nisbah 1:3 menghasilan endapan putih yang semakin berkurang dan saat
nisbah 1:4 dan 1:5 endapan tersebut tidak terlihat lagi. Hal ini diduga bahwa
endapan putih (Zn(OH)2) telah berubah menjadi Zn(OH)42- terlarut kembali dalam
larutan tidak berwarna. Ketiga nisbah tersebut juga menghasilkan pH larutan
antara 13–14 sehingga diperlukan tambahan NH4Cl 5M yang semakin banyak.
Berdasarkan hasil difraktogram pada ketiga nisbah tersebut terlihat bahwa nilai
kristalinitas yang diperoleh semakin rendah. Ini menunjukkan bahwa hasil sintesis
yang berbentuk amorf semakin banyak dibandingkan yang berbentuk kristal.
Difraktogram juga menunjukkan bahwa kristal ZnO telah berhasil terbentuk
walaupun masih terdapat pengotor di dalamnya. Hal ini terlihat bahwa dikisaran
nilai 31° telah muncul puncak ZnO. Pengotor berupa Zn(OH)2 dan K2SO4 juga
masih terdapat di dalamnya dengan faktor yang sama seperti pada nisbah 1:2.
Sintesis dibedakan atas 4 perlakuan berdasarkan ragam KOH yang
diberikan. KOH dipilih dalam sintesis ini karena termasuk dalam basa kuat,
sehingga lebih mudah untuk melepaskan ion OH–. Hasil pelarutan antara ZnSO4
dan KOH terlihat bahwa ketika konsentrasi basa yang diberikan semakin tinggi,
maka endapan putih yang dihasilkan semakin berkurang. Endapan putih tersebut
adalah Zn(OH)2 (Chen et al. 1999). Sumber ion Zn pada campuran ini berasal dari
endapan Zn(OH)2. Endapan Zn(OH)2 pada kondisi hidrotermal akan terlarut
kembali membentuk ion [Zn2+] dan [OH¯ ]. Saat ion [Zn2+] dan [OH¯ ] melebihi
nilai kritis yang dibutuhkan untuk membentuk kristal ZnO, maka kristal ZnO
akan mengendap dalam larutan. Kelarutan ZnO yang lebih rendah daripada
Zn(OH)2 dalam kondisi hidrotermal menyebabkan endapan Zn(OH)2 berubah
menjadi kristal ZnO selama proses hidrotermal berlangsung (Aneesh et al. 2007;
Polsongkram et al. 2008; Wang et al. 2011). Berikut adalah reaksi yang terjadi
pada penelitian ini:

7

ZnSO4 + 2KOH
Zn(OH)2
Zn2+ + 2OH¯

Zn(OH)2 (putih) + K2SO4
Zn2+ + 2OH¯
ZnO + H2O (proses hidrotermal)

Berdasarkan nisbah 1:2, 1:3, 1:4 dan 1:5 didapatkan bahwa hasil sintesis
terbaik diperoleh dengan nisbah 1:2. Nisbah ini dipilih selain nilai kristalinitas
yang dihasilkan paling tinggi juga dominannya produk ZnO yang diperoleh
daripada nisbah lainnya. Hasil sintesis dengan nisbah 1:3, 1:4, dan 1:5
menunjukkan fase yang dominan Zn(OH)2 dan K2SO4 walaupun sudah terdapat
puncak ZnO. Kondisi ini menunjukkan bahwa ZnO sebenarnya terbentuk namun
karena suhu yang digunakan kurang tinggi, dan waktu pemanasan yang kurang
lama sehingga proses pembentukan ZnO terjadi belum sempurna. Waktu
pemanasan yang singkat juga dapat menyebabkan kristal ZnO belum terbentuk
secara sempurna (Nagaraju et al. 2010; Liu et al. 2011).
Peran surfaktan CTAB dan SDS
Sintesis ZnO dengan tambahan surfaktan CTAB diperoleh larutan yang
memiliki nilai pH sekitar 13. Ini menunjukkan kuatnya pengaruh basa dalam
campuran tersebut sehingga perlu ditambahkan NH4Cl 5M agar nilai pH-nya 10.5.
Hasil XRD menunjukkan nilai kristalinitas yang diperoleh adalah 88.76%. CTAB
merupakan surfaktan kationik yang terionisasi sempurna di dalam air menjadi
[CTA+] dan [Br-] yang dapat mempengaruhi kristal ZnO dengan gaya elektrostatik
(Wang et al. 2011).
Keberadaan surfaktan dapat menurunkan tegangan permukaan dari larutan
campuran sehingga dibutuhkan energi yang lebih rendah untuk pembentukan fasa
baru dan kristal ZnO, oleh karena itu dapat terbentuk keadaan lewat jenuh. Di sisi
lain, CTAB juga dapat mempengaruhi proses pengikisan Zn dan pertumbuhan
ZnO dengan efek elekstrostatik dan stereokimia. Kation (CTA+) bermuatan positif
dengan struktur tetrahedron yang mempunyai ekor hidrofobik yang panjang,
sedangkan Zn(OH)42- yang juga mempunyai struktur geometri tetrahedron tetapi
bermuatan negatif. Oleh karena itu, pasangan ion antara CTA+ dan Zn(OH)42dapat terbentuk dengan interaksi elektrostatik. Hubungan saling menguntungkan
antara CTA+ dan Zn(OH)42- memberikan surfaktan kemampuan bertindak sebagai
pembawa ionik. Zn(OH)42- yang bermuatan negatif dan CTA+ yang bermuatan
positif terjerap pada permukaan membentuk sebuah lapisan. Saat molekul
surfaktan keluar, ion Zn akan ikut terbawa dalam bentuk pasangan ion. Hal ini
menyebabkan lapisan penghalang lebih tipis sehingga proses erosi semakin
mudah. Pada proses kristalisasi, molekul surfaktan bertindak sebagai pengontrol
pertumbuhan, seperti sebagai penghambat penggumpalan, dengan membentuk
lapisan pelindung dari kristal ZnO yang baru (Sun et al. 2002; Geetha dan
Thilagavathi 2010; Thilagavathi dan Geetha 2012; Moulahi et al. 2012).
Sintesis dengan pencampuran ZnSO4, KOH dan SDS juga menghasilkan
larutan yang memiliki nilai pH sekitar 13, sehingga ditambahkan NH4Cl 5M agar
mencapai pH 10.5. Muatan negatif dari ion SDS membentuk bulatan misel yang
akan membungkus inti ZnO. Misel ini membatasi masuknya ion Zn2+ kepada inti
ZnO yang menyebabkan dari rusaknya kisi pada permukaan. Rusaknya kisi ini
menyebabkan pembentukan inti baru batangan ZnO ke berbagai arah. (Usui
2009). Hal ini menyebabkan dominannya ZnO yang diperoleh pada hasil sintesis.

Hasil sintesis kemudian dianalisis menggunakan XRD yang pola difraksinya
dapat dilihat pada Gambar 6 dan nilai kristalinitas yang diperoleh adalah 89,13%.
Berdasarkan data kristalinitas, didapatkan bahwa kedua surfaktan memberikan
pengaruh positif terhadap sintesis ZnO. Berdasarkan difraktogram dapat terlihat
walaupun saat ditambahkan CTAB diperoleh nilai kristalinitas yang cukup tinggi,
walaupun pengotor Zn(OH)2 pada hasil sintesis juga tinggi. Hal yang berbeda
terjadi pada SDS, puncak pengotor tersebut lebih rendah dibandingkan CTAB.
Oleh karena itu, dapat dikatakan bahwa SDS lebih baik ditambahkan pada sintesis
ZnO dibandingkan CTAB. Hal ini sesuai dengan penelitian dari Ramimoghadam
et al. (2012) yang memperoleh hasil bahwa ZnO dengan tambahan SDS
menghasilkan puncak XRD yang tajam dan sempit serta kristalinitas yang tinggi.
Perkiraan ukuran kristal dapat menggunakan persamaan Scherrer (Patterson
1939 dalam Banerjee 2012). Perhitungan menggunakan persamaan Scherrer
diperoleh hasil ukuran rerata untuk kristal ZnO dengan nisbah ZnSO4:KOH (1:2)
adalah 34 nm dengan kisaran ukuran 29–38 nm. Ukuran rerata kristal ZnO nisbah
ZnSO4:KOH (1:2) dengan tambahan CTAB adalah 28 nm dengan kisaran ukuran
25–33 nm. Ukuran rerata kristal ZnO nisbah ZnSO4:KOH (1:2) dengan tambahan
SDS adalah 32 nm dengan kisaran ukuran 31–33 nm. Berdasarkan data tersebut
diketahui bahwa keberadaan surfaktan dapat memperkecil ukuran kristal. Kristal
dengan tambahan surfaktan juga lebih homogen. Selain itu, dengan tambahan
surfaktan kisaran ukurannya juga yang lebih kecil dibandingkan yang tanpa
surfaktan. Data tersebut merupakan perkiraan ukuran kristal secara matematis dan
untuk mengetahui ukuran partikel hasil sintesis yang akurat diperlukan analisis
lebih lanjut menggunakan mikroskop elektron payaran (SEM) dan penganalisis
ukuran partikel (PSA) untuk mengetahui ukuran dan morfologi partikel.

SIMPULAN DAN SARAN
Simpulan
Kristal ZnO berhasil disintesis menggunakan metode hidrotermal dengan
nisbah ZnSO4 : KOH adalah 1:2. Tambahan surfaktan CTAB dan SDS dapat
meningkatkan kristalinitas, mengurangi pengotor serta memperkecil ukuran
kristal.
Saran
Analisis lebih lanjut menggunakan SEM dan penganalisis ukuran partikel
PSA diperlukan untuk mengetahui morfologi dan ukuran kristal.

DAFTAR PUSTAKA
Aneesh PM, Vanaja KA, Jayaraj MK. 2007. Synthesis of ZnO nanoparticles by
hydrothermal method. Di dalam: Gaburro Z, editor. Nanophotonic Material IV.
Proceedings of SPIE. Vol 6639. doi: 10.1117/12.730364.
Banerjee P, Chakrabarti S, Maitra S, Dutta BK. 2012. Zinc oxide nano-particles –
Sonochemical synthesis, characterization and application for photoremediation of heavy metal. Ultrason Sonochem. 19(1):85-93. doi:
10.1016/j.ultsonch.2011.05.007.
Chen D, Jiao X, Cheng G. 1999. Hydrothermal synthesis of zinc oxide powders
with different morphologies. Solid State Commun. 113(6):363-366.
Choi K, Kang T, Oh SG. 2012. Preparation of disk shaped ZnO particles using
surfactant and their PL properties. Mater Lett. 75(15):240-243. doi:
10.1016/j.matlet.2012.02.031.
Cullity BD, Stock SR. 2001. Elements of X-Ray Diffarction. Edisi ke-3. New
Jersey: Prenctice Hall.
Geetha D, Thilagavathi T. 2010. Hydrothermal synthesis of nano ZnO structures
from CTAB. Digest J Nanomater Biostruct. 5(1):297-301.
Liu Y, Lu H, Li S, Xi G, Xing X. 2011. Synthesis and characterization of ZnO
microstructures via a cationic surfactant-assisted hydrothermal microemulsion
process. Mater Charact. 62: 509–516. doi: 10.1016/j.matchar.2011.03.010.
Merck. 2012. 108882 Seng sulfat monohidrat. [internet]. [diacu 29 Feb 2012].
Tersedia dari http://www.merck-chemicals.com/indonesia/sengsulfatmono
hidrat/MDA_CHEM-108882/p_9OOb.s1LatwAAAEWJeEfVhTl.
Moulahi A, Sediri F, Gharbi N. 2012. Hydrothermal synthesis of nanostructured
zinc oxide and study of their optical properties. Mater Res Bull. 47(3):667-671.
doi: 10.1016/j.materresbull.2011.12.027.
Nagaraju G, Ashoka S, Chitaiah P, Tharamani CN, Chandrappa GT. 2010.
Surfactant free hydrothermally derived ZnO nanowires, nanorods, microrods
and their characterization. Mater Sci Semicond Process. 13:21-28. doi:
10.1016/j.mssp.2010.02.002.
Ni Y, Wei X, Hong J, Ye Y. 2005. Hydrothermal preparation and optical
properties of ZnO nanorods. Mater Sci Eng. 121:42-47. doi:
10.1016/j.mseb.2005.02.065.
Patterson AL. 1939. The Scherrer formula dor X-Ray particle size determination.
Phy. Rev. 56(10):978-982. doi: 10.1103/PhysRev.56.978.
Polsongkram D, Chamninok P, Pukird S, Chow L, Lupan O, Chai G, Khallaf H,
Park S, Schulte A. 2008. Effect of synthesis conditions on the growth of ZnO
nanorods via hydrothermal method. Phys B. 403(19-20):3713-3717. doi:
10.1016/j.physb.2008.06.020.
Ramimoghadam D, Zobir M, Yap YHT. 2012. The effect of SDS and CTAB on
the properties of ZnO synthesis by hydrotermal method. Int J Mol Sci.
13(10):13275-13293. doi: 10.3390/ijms131013275.
Sridevi D, Rajendran KV. 2009. Preparation of ZnO nanoparticles and nanorods
by using CTAB assisted hydrothermal method. Int J Nanotechnol Appl.
3(2):43-48.

10

Sun XM, Chen X, Deng ZX, Li YD. 2002. A CTAB-assisted Hydrothermal
Orientation Growth of ZnO Nanorods. Mater Chem Phys. 78(1):99-104.
Thilagavathi T, Geetha D. 2012. Nano ZnO structures synthesized in presence of
anionic and cationic surfactant under hydrothermal process. Appl Nanosci. doi:
10.1007/s13204-012-0183-8.
Usui H. 2009. Surfactant concentration dependence of structure and
photocatalytic properties of zinc oxide rods prepared using chemical synthesis
in aqueous solutions. J Colloid Interface Sci. 336(2):667-674. doi:
10.1016/j.jcis.2009.04.060.
Wang YX. Sun J. Fan XY. Yu X. 2011. A CTAB-assisted hydrothermal and
solvothermal synthesis of ZnO nanopowders. Ceram Int. 37(8):3431-3436. doi:
10.1016/j.ceramint.2011.04.134.
Wen-tao S, Guo G, Lan X. 2010. Synthesis of ZnO whiskers via hydrothermal
decomposition route. Trans Nonferrous Met Soc China. 20:1049-1052. doi:
10.1016/S1003-6326(09)60256-9.
Xu H, Wang H, Zhang Y, He W, Zhu M, Wang B, Yan H. 2004. Hydrothermal
synthesis of zinc oxide powders with controllable morphology. Ceram Int.
30(1):93-97. doi: 10.1016/S0272-8842(03)00069-5.
Yang LL. 2008. Synthesis and optical properties of ZnO nanostructures [tesis].
Norrkoping (ID): Linkoping University.

LAMPIRAN

12

Lampiran 1 Diagram alir penelitian
Larutan ZnSO4 0.01 mol + KOH (0.02, 0.03, 0.04, 0.05) mol
ditambahkan NH4Cl 5M
Larutan campuran pH 10.5
Hidrotermal 120–160 °C laju 10 °/jam

Hidrotermal 160 °C selama 6 jam

Larutan hasil hidrotermal
Cuci dengan etanol 85 %

Keringkan pada 105 °C selama 5 jam

Serbuk kristal
Karakterisasi XRD

13

Lampiran 2 Sintesis ZnO dengan surfaktan CTAB dan SDS
Kondisi sintesis terbaik + CTAB

Kondisi sintesis terbaik + SDS

ditambahkan NH4Cl 5M
Larutan campuran pH 10.5

Hidrotermal 120–160 °C laju 10 °/jam

Hidrotermal 160 °C selama 6 jam

Larutan hasil hidrotermal
Cuci dengan etanol 85 %

Keringkan pada 105 °C selama 5 jam
Serbuk kristal
Karakterisasi XRD

14

Lampiran 3 Data JCPDS untuk ZnO, Zn(OH)2, dan K2SO4
a. Data JCPDS ZnO

b. Data JCPDS Zn(OH)2

15

lanjutan lampiran 3
c. Data JCPDS K2SO4

16

Lampiran 4 Data puncak hasil difraksi sinar-X
a. Data analisis hasil XRD nisbah ZnSO4 : KOH (1:2)
2 θ (deg)
d(A)
I/II
16.3214
5.42656
9
16.5809
5.34221
14
16.8803
5.24183
11
17.1798
5.15730
9
17.3795
5.09849
7
17.5392
5.05242
6
29.7852
2.99718
11
30.8257
2.89835
16
31.7826
2.81323
56
32.8633
2.72315
11
34.4499
2.60128
52
35.8735
2.50124
6
36.2644
2.47504
100
37.0686
2.42330
6
47.5534
1.91059
22
56.5930
1.62499
35
58.5426
1.57534
6
58.7225
1.57103
7
62.8685
1.47703
26
67.9457
1.37849
21
69.0363
1.35935
9

Fase
K2SO4
Zn(OH)2
K2SO4
K2SO4
Zn(OH)2
K2SO4
K2SO4
K2SO4
ZnO
Zn(OH)2
ZnO
K2SO4
ZnO
K2SO4
ZnO
ZnO
K2SO4
K2SO4
ZnO
ZnO
ZnO

b. Data analisis hasil XRD nisbah ZnSO4 : KOH (1:3)
2 θ (deg)
d (A)
I/II
12.1088
7.85688
15
16.5442
5.35398
100
21.3829
4.15211
18
25.0658
3.54977
32
25.8245
3.44717
31
32.8715
2.72249
67
34.7444
2.57990
22
37.3074
2.40834
21
38.1518
2.35685
14
58.7025
1.57152
46

senyawa
K2SO4
Zn(OH)2
K2SO4
Zn(OH)2
K2SO4
Zn(OH)2
Zn(OH)2
Zn(OH)2
Zn(OH)2
K2SO4

17

lanjutan lampiran 4
c. Data analisis hasil XRD nisbah ZnSO4 : KOH (1:4)
2 θ (deg)
d (A)
I/II
16.4212
5.39380
35
16.7006
5.30419
50
17.0001
5.21141
28
21.3430
4.15979
24
25.2654
3.52217
23
25.4651
3.48500
32
25.6248
3.47358
35
25.8046
3.44979
29
30.5384
2.92495
20
31.6391
2.82566
100
31.8170
2.81027
43
32.8517
2.72408
73
33.3156
2.68720
32
33.5554
2.66854
29
37.3457
2.40595
30
45.4676
1.99327
32
58.3826
1.57937
28
58.7025
1.57152
41
58.9225
1.56618
25
65.8081
1.41799
44

senyawa
K2SO4
Zn(OH)2
K2SO4
K2SO4
K2SO4
K2SO4
Zn(OH)2
K2SO4
K2SO4
ZnO
ZnO
Zn(OH)2
Zn(OH)2
ZnO
Zn(OH)2
K2SO4
Zn(OH)2
K2SO4
K2SO4
Zn(OH)2

d. Data analisis hasil XRD nisbah ZnSO4 : KOH (1:5)
2 θ (deg)
d (A)
I/II
16.7431
5.29082
35
24.4867
3.63239
19
25.5150
3.48828
36
30.4867
2.92980
25
31.6686
2.82310
100
32.8676
2.72280
52
33.3156
2.68720
29
45.4576
1.99369
37
58.3427
1.58035
19
58.6826
1.54769
29

senyawa
Zn(OH)2
K2SO4
Zn(OH)2
K2SO4
ZnO
Zn(OH)2
Zn(OH)2
K2SO4
Zn(OH)2
K2SO4

18

lanjutan lampiran 4
e. Data analisis hasil XRD nisbah ZnSO4 : KOH (1:2) + CTAB
2 θ (deg)
d (A)
I/II
senyawa
11.8549
7.45915
4
Zn(OH)2
12.1137
7.30037
10
K2SO4
12.5227
7.06284
37
Zn(OH)2
25.0258
3.55535
5
Zn(OH)2
29.8624
2.98961
4
K2SO4
31.3575
2.88037
5
Zn(OH)2
31.7884
2.81273
62
ZnO
32.8152
2.72703
9
Zn(OH)2
33.2407
2.69039
6
Zn(OH)2
34.0550
2.63053
4
K2SO4
34.4514
2.60117
60
ZnO
35.1191
2.55322
6
K2SO4
35.7935
2.50665
7
K2SO4
36.2714
2.47471
100
ZnO
47.5621
1.91026
22
ZnO
56.5977
1.62486
33
ZnO
58.5076
1.57629
6
Zn(OH)2
62.5014
1.48482
6
K2SO4
62.8780
1.47683
28
ZnO
67.9344
11.37869
21
ZnO
69.0602
1.35894
9
ZnO
f. Data analisis hasil XRD nisbah ZnSO4 : KOH (1:2) + SDS
2 θ (deg)
d (A)
I/II
senyawa
12.4669
7.09433
16
Zn(OH)2
21.3081
4.16652
4
K2SO4
24.8162
3.58490
4
K2SO4
29.7421
3.00143
4
K2SO4
30.8670
2.89456
5
K2SO4
31.7640
2.81484
60
ZnO
32.8236
2.72635
10
Zn(OH)2
34.4273
2.60293
49
ZnO
36.2498
2.47614
100
ZnO
47.5331
1.91136
21
ZnO
56.5863
1.62516
31
ZnO
58.3976
1.57900
4
Zn(OH)2
62.8462
1.47750
27
ZnO
66.3604
1.40752
4
Zn(OH)2
67.9327
1.37872
20
ZnO
69.0497
1.35912
9
ZnO

19

Lampiran 5 Analisis ukuran kristal ZnO hasil sintesis dengan persamaan Scherrer
a. Data analisis ukuran kristal ZnO hasil XRD dengan nisbah ZnSO4 : KOH (1:2)
2θ
Cos θ
B (°)
B (rad)
D (nm)
31.7826
0.9618
0.2465
0.0043
33.5520
34.4499
0.9551
0.2178
0.0038
38.2330
36.2664
0.9503
0.2482
0.0043
33.9579
47.5534
0.9151
0.2336
0.0041
36.9844
56.5930
0.8805
02504
0.0044
35.8169
62.8685
0.8532
0.2856
0.0050
32.5274
67.9457
0.8293
0.2765
0.0048
34.8592
69.0363
0.8239
0.3267
0.0057
29.5475
rerata
34.4348
kisaran
29.5474–38.2330
b. Data analisis ukuran kristal ZnO hasil XRD nisbah ZnSO4 : KOH (1:2) dengan
tambahan CTAB
2θ
Cos θ
B (°)
B (rad)
D (nm)
31.7884
0.9618
0.3008
0.0052
27.7449
34.4514
0.9551
0.2864
0.0050
29.0571
36.2714
0.9503
0.3052
0.0053
27.5508
47.5621
0.9151
0.3439
0.0060
25.2726
56.5977
0.8805
0.3269
0.0057
27.6482
62.8780
0.8532
0.3635
0.0063
25.8154
67.9344
0.8294
0.3311
0.0058
28.8455
69.0602
0.8238
0.2924
0.0051
33.0277
rerata
28.1230
kisaran
25.2726–33.0277
c. Data analisis ukuran kristal ZnO hasil XRD nisbah ZnSO4 : KOH (1:2) dengan
tambahan SDS
2θ
Cos θ
B (°)
B (rad)
D (nm)
31.7640
0.9618
0.2552
0.0045
32.0607
34.4273
0.9552
0.2560
0.0045
32.2822
36.2498
0.9504
0.2481
0.0043
33.9544
47.5331
0.9152
0.2603
0.0045
33.6932
56.5863
0.8805
0.2797
0.0049
32.1622
62.8462
0.8533
0.2929
0.0051
31.8859
67.9327
0.8294
0.2905
0.0051
32.8047
69.0497
0.8239
0.3000
0.0052
32.3886
rerata
32.6540
kisaran
31.1622–33.9544

20

Lampiran 6 Contoh perhitungan ukuran kristal ZnO
Ukuran kristal ZnO hasil XRD dengan nisbah ZnSO4 : KOH (1:2)
Data yang diketahui:
= 0.15418 nm
2θ
36.2664

Cos θ
0.9503

β (°)
0.2482

β (rad)
0.0043

D (nm)
33.9579

Ukuran kristal dihitung menggunakan formula Scherrer, dengan persamaan:

= 33.9579 nm
Keterangan:
D = ukuran kristal (nm)
= panjang gelombang sinar-X (nm)
β = Full Width at Half Maximum/ FWHM (radian)
θ = setengah sudut difraksi

RIWAYAT HIDUP
Penulis dilahirkan di Bogor pada tanggal 26 Maret 1990 dari ayah
Burhanuddin Siahaan dan ibu Rentauli Pane. Penulis merupakan putri pertama
dari tiga bersaudara. Penulis lulus dari Sekolah Menengah Atas Negeri 2 Bogor
tahun 2008 dan pada tahun yang sama lulus seleksi masuk IPB melalui Undangan
Seleksi Masuk IPB. Penulis diterima sebagai mahasiswa Departemen Kimia,
Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam IPB.
Selama menjalani perkuliahan, penulis menjadi asisten Praktikum Kimia
Fisik tahun ajaran 2011/2012, Kimia Anorganik untuk mahasiswa Biokimia pada
tahun 2011/2012, Kimia Fisik untuk mahasiswa Biokimia pada tahun 2012/2013,
Sintesis Kimia Anorganik pada tahun 2012/2013, dan Kimia TPB pada tahun
2012/2013. Penulis juga aktif dalam kegiatan organisasi Komisi Pelayanan Siswa
(KPS) PMK-IPB pada tahum 2009-2012. Penulis pernah mengikuti kegiatan
Praktik Lapangan di Laboratorium Product Development, PT Novell
Pharmaceutical Laboratories pada bulan Juli-Agustus 2011 dengan judul laporan
“Pengembangan Metode Analisis Pravastatin-Aspirin dengan Kromatografi Cair
Kinerja Tinggi”.