Pengaruh Variasi Konsentrasi Larutan Pengendap Terhadap Sifat Optik Nanopartikel Cu2o Yang Disintesis Dengan Metode Kopresipitasi

PENGARUH VARIASI KONSENTRASI LARUTAN PENGENDAP
TERHADAP SIFAT OPTIK NANOPARTIKEL Cu2O YANG
DISINTESIS DENGAN METODE KOPRESIPITASI

TESIS
Oleh
JUAN RANDY SIMAMORA
127026011/FIS

PROGRAM PASCASARJANA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
2015

PENGARUH VARIASI KONSENTRASI LARUTAN PENGENDAP
TERHADAP SIFAT OPTIK NANOPARTIKEL Cu2O YANG
DISINTESIS DENGAN METODE KOPRESIPITASI

TESIS

Diajukan sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Magister Sains
dalam Program Studi Magister Ilmu Fisika pada
Program Pascasarjana Fakultas MIPA
Universitas Sumatera Utara

Oleh
JUAN RANDY SIMAMORA
127026011/FIS

PROGRAM PASCASARJANA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
2015

PENGESAHAN TESIS

Judul Tesis

Nama Mahasiswa

Nomor Induk Mahasiswa
Program Studi
Fakultas

: PENGARUH VARIASI KONSENTRASI LARUTAN
PENGENDAP TERHADAP SIFAT OPTIK
NANOPARTIKEL Cu2O YANG DISINTESIS
DENGAN METODE KOPRESIPITASI
: JUAN RANDY SIMAMORA
: 127026011
: Magister Ilmu Fisika
: Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam
Universitas Sumatera Utara

Menyetujui
Komisi Pembimbing

Dr. Diana A. Barus, M.Sc
Ketua

Dr. Anwar Dharma S, M.S.
Anggota

Ketua Program Studi,

Dekan,

Dr. Nasruddin M.N., M.Eng .Sc
NIP. 195507061981021002

Dr. Sutarman, M. Sc
NIP. 196310261991031001

Telah diuji pada
Tanggal : 29 Juni 2015

PANITIA PENGUJI TESIS
Ketua

: Dr. Diana A. Barus, M.Sc

Anggota

: 1. Dr. Anwar Dharma S, M.S
2. Prof. Dr. Timbangen S, M.Sc
3. Dr. Nasruddin MN, M.Eng.Sc
4. Dr. Kurnia Sembiring, M.S

PERNYATAAN ORISINALITAS

“PENGARUH VARIASI KONSENTRASI LARUTAN PENGENDAP
TERHADAP SIFAT OPTIK NANOPARTIKEL Cu2O YANG
DISINTESIS DENGAN METODE KOPRESIPITASI”

TESIS

Dengan ini saya menyatakan bahwa saya mengakui semua karya tesis ini adalah
hasil kerja saya sendiri kecuali kutipan dan ringkasan yang tiap satunya telah dijelaskan
sumber dengan benar

Medan, Juni 2015

Juan Randy Simamora
NIM. 127026011

PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI
KARYA ILMIAH UNTUK KEPENTINGAN AKADEMIS

Sebagai sivitas akademika Universitas Sumatera Utara, saya yang bertanda tangan
dibawah ini :
Nama
Nim
Program Studi
Jenis Karya Ilmiah

:
:
:
:

Juan Randy Simamora
127026011
Magister Ilmu Fisika
Tesis

Demi pengembangan ilmu pengetahuan, menyetujui untuk memberikan kepada
Universitas Sumatera Utara Hak Bebas Royalti Non-Eksklusif atas Tesis saya
yang berjudul :
PENGARUH VARIASI KONSENTRASI LARUTAN PENGENDAP TERHADAP
SIFAT OPTIK NANOPARTIKEL Cu2O YANG DISINTESIS DENGAN METODE
KOPRESIPITASI
Dengan Hak Bebas Royalti Non-Eksklusif ini, Universitas Sumatera Utara berhak
menyimpan, mengali media, memformat, mengelilah dalam data base, merawat dan
mempublikasikan Tesis saya tanpa meminta ijin dari saya selama tetap mencantumkan nama
saya sebagai penulis dan sebagai pemegang dan atau sebagai pemilik hak cipta.
Demikianlah pernyataan ini dibuat dengan sebenarnya.

Medan, Juni 2015
Penulis,

Juan Randy Simamora
NIM. 127026011

DAFTAR RIWAYAT HIDUP

DATA PRIBADI
Nama Lengkap Berikut Gelar

: Juan Randy Simamora, S.Pd, S.Kom

Tempat Dan Tanggal Lahir

: Medan, 02 April 1989

Alamat Rumah

: Jln. Menteng VII Gg. Nelayan No.7 Medan

Telepon/Fax/Hp

: 085658100409

E-Mail

: juan.muora@gmail.com

DATA PENDIDIKAN
SD

: SD St. Antonius V Medan

Tamat : 2001

SMP

: SLTP N 3 Medan

Tamat : 2004

SMA

: SMA N 21 Medan

Tamat : 2007

Strata-1

: Universitas Negeri medan

Tamat : 2011

Strata-1

: STMIK Mikroskil

Tamat : 2013

KATA PENGANTAR

Penulis mengucapkan puji dan syukur kehadirat Tuhan Yang Maha Esa yang

telah memberikan
rahmat-Nya kepada penulis sehingga penulis dapat
menyelesaikan penulisan tesis ini.
Selama melakukan penelitian dan penulisan tesis ini, Penulis banyak
memperoleh bantuan moril dan materil dari berbagai pihak. Oleh karena itu, pada
kesempatan ini penulis menyampaikan ucapan terima kasih yang tulus kepada:
1. Bapak Prof. Subhilhar, PhD, selaku Pejabat Rektor Universitas Sumatera
Utara.
2. Bapak Dr. Sutarman, M.Sc, selaku Dekan Fakultas MIPA Universitas
Sumatera Utara.
3. Bapak Dr. Nasruddin MN, M.Eng,Sc, selaku Ketua Program Studi Magister
Ilmu Fisika, Sekretaris Program Studi Ilmu Fisika, Dr. Anwar Dharma
Sembiring, M.S, beserta seluruh Staf Pengajar pada Program Studi Magister
Ilmu Fisika Program Pascasarjana Fakultas MIPA Universitas Sumatera Utara.
4. Ibu Dr. Diana A. Barus, M.Sc, selaku Ketua Komisi Pembimbing dan Bapak
Dr. Anwar Dharma Sembiring, MS selaku Anggota Komisi Pembimbing yang
dengan penuh kesabaran meluangkan waktu untuk membimbing dan
mengarahkan penulis dalam penulisan tesis ini.
5. Bapak Prof. Dr. Timbangen S, M.Sc, Bapak Dr. Nasruddin MN, M.Eng.Sc dan
Bapak Dr. Kurnia Sembiring, M.S selaku Komisi Pembanding atas saran dan

kritik yang telah diberikan.
6. Ayahanda P. Simamora, Ibunda E. Sinaga, saudara ku Rony Pasca, Ray
Master, dan Rosy Putri, beserta seluruh keluarga besar atas segala nasehat,
dukungan, motivasi dan doa yang dipanjatkan.
7. Rekan-rekan seperjuangan Fis’12 dan Teman-teman yang lain yang namanya
tidak bisa dituliskan persatu yang turut mendukung dalam memberikan
doa, penguatan dan motivasi.
Penulis menyadari tesis ini masih banyak memiliki kekurangan dan jauh dari
sempurna. Oleh sebab itu, penulis mengharapkan kritik dan saran yang yang
bersifat membangun guna penyempurnaan di masa mendatang . Harapan penulis
semoga tesis ini bermanfaat kepada seluruh pembaca. Semoga kiranya Tuhan
Yang Maha Esa memberkati kita semua. Amin.

Medan, Juni 2015

Juan Randy Simamora

i

ii

PENGARUH VARIASI KONSENTRASI LARUTAN PENGENDAP
TERHADAP SIFAT OPTIK NANOPARTIKEL Cu2O YANG DISINTESIS
DENGAN METODE KOPRESIPITASI

ABSTRAK
Nanopartikel Cu2O (Cuprous Oxide) telah berhasil disintesis menggunakan
metode kopresipitasi berdasarkan variasi konsentrasi larutan pengendap ammonium
hydroxide (NH4OH) dengan variasi konsentrasi 0,2 M (I), 0,6 M (II), dan 1 M (III).
Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui cara pembuatan nanopartikel dengan
menggunakan metode kopresipitasi berdasarkan variasi konsentrasi pengendap NH4OH
dan mengetahui pengaruh masing-masing konsentrasi pengendap terhadap sifat optik
nanopartikel Cu2O. Nanopartikel Cu2O diperoleh melalui reaksi material CuSO4.5H2O,
isopropanol, dan Polivinyl Alkohol sebagai larutan reagen dan kemudian mencampurkan
NH4OH sebagai larutan pengendap. Hasil yang diperoleh kemudian dikarakterisasi
menggunakan XRD, FTIR, SEM, Konduktivitas Listrik dan UV-Vis. Analisa XRD
menunjukkan bahwa fasa yang terbentuk merupakan nanokristal Cu2O dengan ukuran
kristalin paling kecil 78 nm (I), 80 nm (II) , and 83 nm (III). Analisis FTIR menunjukkan
ketiga cuplikan nanopartikel Cu2O masih diikuti oleh gugus lain seperti gugus O-H yang
berasal dari serapan air pada permukaan nano Cu2O dan menunjukkan adanya vibrasi
Cu-O. Analisa SEM menunjukkan bahwa morfologi nanopartikel berbentuk kubik
(nanocube). Analisa konduktivitas listrik menunjukkan bahwa nilai konduktivitas terbesar
dengan nilai 0,363 S/m (I) diikuti dengan 0,271 S/m (II) dan 0,238 S/m(III). Hasil
karakterisasi sifat optik menggunakan UV-Vis menunjukkan bahwa nilai absorbansi

maksimum terjadi pada panjang gelombang 455 nm. Perhitungan celah pita optik
menggunakan metode Tauc plot menunjukkan bahwa lebar pita energi (band gap)
yang diperoleh berturut-turut adalah 2,51 eV (I), 2,45 eV (II), dan 2,23 eV (III).
Pengaruh variasi konsentrasi NH4OH dalam sintesis Cu2O menunjukan distribusi rata-rata
ukuran kristalit mencapai orde nano dengan sifat optik menunjukkan bahwa nilai band
gap semakin kecil pada konsentrasi tinggi sehingga memiliki karakteristik yang
memenuhi jika digunakan sebagai komponen sel surya (photovoltaic) dan memiliki
aplikasi potensial sebagai fotokatalis.

Kata kunci : nanopartikel, cuprous oxide (Cu2O), kopresipitasi, semikonduktor

iii

INFLUENCE OF PRECIPITATES CONCENTRATION TO OPTICAL
PROPERTIES OF Cu2O NANOPARTICLES WITH
COPRECIPITATION METHOD

ABSTRACT
Cuprous oxide (Cu2O) nanoparticles were synthesized using coprecipitation method with varying concentrations precipitates ammonium
hydroxide (NH4OH) i.e. 0,2 M (I) , 0,6 M (II) and 1 M (III). This research was
carried out in order to synthesis nanoparticle with simple chemical
coprecipitation and determine the influence of various concentrate precipitates
NH4OH on the optical properties of Cu2O nanoparticles. Cu2O nanoparticles
were prepared by the reaction of CuSO4.5H2O, isopropanol, and Polivinyl
Alkohol as the reagen solution with the various of NH4OH aqueous solution. The
samples were characterized by FTIR, XRD, SEM, Electrical Conductivity and
UV-vis Spectroscopy. The results of XRD show that the products are nanocrystals
of Cu2O phase and the average grain size of Cu2O was found to be around 78
nm(I), 80 nm (II), and 83 nm (III). FTIR analyzes indicates that the nanoparticles
followed by O-H group of absorbed water on the surface of Cu2O and confirmed
vibration of Cu-O. SEM analysis showed that particle size has cubic-shaped
(nanocube) morphology. Electrical conductivity analysis shows that the largest
conductivity values 0,363 S/m (I) followed by 0,271 S/m (II) and 0,238 S/m (III).
Optical Charaterization showed that nanoparticles Cu2O has direct band gap
2,51 eV, 2,45 eV , and 2,23 eV, slightly higher than the theoretical direct band
gap of 2.2 eV. The influence of the increase concentrate precipitates NH4OH
show that the cuprous oxide particles have smaller particle size at nano-orde with
different morphology characteristics,and excellent electrical conductivity in lower
concentration, whereas the optical properties showed that the the band gap was
smaller in high concentration. This optical characteristics was appropriate if used
as a component of solar cells (photovoltaic) and have potential applications as
photocatalysts.
Keywords : nanoparticle, cuprous oxide (Cu2O), coprecipitation, semiconductor

iv

DAFTAR ISI

Halaman
KATA PENGANTAR ...........................................................................

i

ABSTRAK .............................................................................................

ii

ABSTRACT .............................................................................................

iii

DAFTAR ISI ..........................................................................................

iv

DAFTAR TABEL ...................................................................................

vi

DAFTAR GAMBAR ..............................................................................

vii

DAFTAR LAMPIRAN ..........................................................................

ix

BAB I.

PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang ..................................................................

1

1.2. Rumusan Masalah .............................................................

5

1.3. Batasan Masalah ..............................................................

5

1.4. Tujuan Penelitian .............................................................

6

1.5. Manfaat Penelitian ...........................................................

6

BAB II. TINJAUAN PUSTAKA
2.1. Nanopartikel .................................................................

7

2.1.1 Keunggulan Sifat Material Berorder Nano ...................

9

2.1.2. Perkembangan Nanopartikel .........................................

12

2.2. Metode Sintesis Nanopartikel .......................................

14

2.3. Metode Kopresipitasi ....................................................

16

2.3.1. Kemurnian Endapan ......................................................

18

2.4. Bahan Nanopartikel .......................................................

19

2.4.1. Tembaga ........................................................................

19

2.4.2. Sifat Kimia Tembaga ....................................................

20

2.4.3. Sifat Fisika Tembaga.....................................................

21

2.4.4. Senyawa Cu2O ..............................................................

22

2.5. Semikonduktor ..............................................................

24

v

2.5.1. Semikonduktor Cu2O (Cuprous oxide) .........................

26

2.6. Karakterisasi Nanopartikel ............................................

27

2.6.1. X-Ray Diffractometry (XRD) ........................................

27

2.6.2. SEM (Scanning Electron Microscope) .........................

30

2.6.3. Konduktivitas Listrik ...................................................

32

2.6.4. Spektofotometer Ultra Violet-Visibel (UV-Vis) .............

35

2.6.5. FTIR (Fourier transform Infra Red) ..............................

40

BAB III. METODE PENELITIAN
3.1. Tempat dan Waktu Penelitian .......................................

43

3.2. Alat dan Bahan Penelitian .............................................

44

3.3. Prosedur Penelitian ........................................................

45

3.3.1. Preparasi Sampel Uji Bentuk Pelet ...............................

46

3.4. Diagram Alir Penelitian ..................................................

48

BAB IV. HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN
4.1. Hasil Penelitian ............................................................

49

4.2. Hasil dan Analisa Pengujian FTIR ( Fourier Transform
Infra Red) .....................................................................

51

4.3. Hasil Pengujian XRD (X-ray Difrraction) ....................

53

4.4. Hasil Pengujian SEM (Scanning Electron
Microscope) – EDX (Energy Dispersive X-Ray) .........

58

4.5. Hasil Pengujian Konduktivitas Listrik .........................

66

4.6. Hasil Pengujian UV-Vis (Ultraviolet-Visible
Spectroscopy) ................................................................

70

BAB V. KESIMPULAN DAN SARAN
5.1. Kesimpulan .....................................................................

78

5.2. Saran ...............................................................................

79

DAFTAR PUSTAKA ...........................................................................

81

vi

DAFTAR TABEL

No Tabel

Judul

Halaman

2.1.

Reaksi fisik dan kimia dari metode
kopresipitasi
Data Sifat Kimia Tembaga
Beberapa Senyawa yang dibentuk oleh
Tembaga
Data Sifat Fisika Tembaga
Karakteristik Cu2O
Waktu Pelaksanaan Penelitian
Alat Penelitian
Bahan Penelitian
Nilai 2Theta dan hkl dari puncak tertinggi XRD
Hasil Pengukuran Nilai Resistivitas dan
Konduktivitas Listrik Nanopartikel Cu2O pada
variasi konsentrasi pengendap 0,2 M, 0,6 M,
dan 1 M
Hasil Karakterisasi Optik Nanopartikel Cu2O

17

2.2.
2.3.
2.4.
2.5.
3.1.
3.2.
3.3.
4.1.
4.2.

4.3.

21
21
22
23
43
44
44
54
66

74

vii

DAFTAR GAMBAR
No Gambar

Judul

Halaman

2.1.

Skematik Klasifikasi nano material : (a) struktur
tiga dimensi (3-D); (b) struktur dua dimensi (2-D);
(c) struktur satu dimensi; dan (d) struktur zero
dimensi (0-D).
Sintesis Nanopartikel top-down dan bottom-up
Tembaga
Cuprous Oxide (Cu2O)
Struktur kristal Cu2O
Difraksi Bidang Atom
Instrumentasi XRD (X-Ray Difraction)
Prinsip Kerja SEM (Scanning Electron
Microscopy)-EDX
Instrumentasi Uji SEM (Scanning Electron
Microscopy)-EDX
Spektrum Konduktivitas Listrik dan Resistivitas
Metode Four Point Collinear probe
Penentuan Konduktivitas Menggunakan Metode
Four Point Collinear probe
Spektrum Gelombang Elektromagnetik
Prinsip Kerja UV Vis Spectroscopy
Eksitasi elektron saat di sinari dengan gelombang.
Instrumentasi Spektrofotometer UV-Vis
Instrumentasi Uji FTIR (Fourier Transform Infra
Red)
Proses Pengujian instrumental FTIR
Skematik Proses Pembuatan Nanopartikel Cu2O
Diagram Alir Penelitian
Grafik FTIR Nanopartikel Cu2O dengan variasi
konsentrasi pengendap 0,2 M, 0,6 M , dan 1 M
Pola XRD nanopartikel Cu2O dengan variasi
konsentrasi larutan pengendap 0,2M, 0,6M,dan 1M
Grafik Hubungan antara Variasi Konsentrasi
Pengendap dengan Ukuran Nanopartikel Cu2O
Hasil Pengujian SEM Nanopartikel Cu2O dengan
Perbesaran 50.000 kali pada Konsentrasi
Pengendap 0,2 ; 0,6 ; dan 1 M
Hasil Pengujian SEM-EDX Nanopartikel Cu2O
pada konsentrasi Pengendap 0,2 ; 0,6 ; dan 1 M
Persentase Berat Atomik Elemen Cu Pada Variasi
Konsentrasi Pengendap Nanopartikel Cu2O
Grafik Hubungan Konsentrasi Pengendap terhadap
Nilai Resistivitas Listrik Nanopartikel Cu2O

7

2.2.
2.3.
2.4.
2.5.
2.6.
2.7.
2.8.
2.9.
2.10.
2.11.
2.12.
2.13.
2.14.
2.15.
2.16.
2.17.
3.1.
3.2.
4.1.
4.2.
4.3.
4.4.

4.5.
4.6.
4.7.

15
20
24
26
27
29
31
32
33
34
35
36
37
38
41
42
46
48
51
53
56
58

62
65
69

viii

4.8.

4.9.
4.10.
4.11.

4.12.

Grafik Hubungan Konsentrasi Pengendap
Terhadap Nilai Konduktitas Listrik Nanopartikel
Cu2O
Spektrum Absorbansi Nanopartikel Cu2O yang
Disintesis dengan Variasi Konsentrasi Pengendap
Spektrum Transmitansi Nanopartikel Cu2O yang
Disintesis dengan Variasi Konsentrasi Pengendap
Plot (αhυ)2 terhadap energi foton absorbansi (hυ)
pada variasi konsentrasi pengendap (a) 0,2 M ,
(b) 0,6 M dan (c) 1 M
Hubungan Konsentrasi Pengendap NH4OH
Terhadap Energi Gap

69

71
72
73

75

ix

DAFTAR LAMPIRAN

No
Judul
Lampiran
1.
Hasil Pengujian FTIR
2.
Hasil Pengujian XRD
3.
Perhitungan Ukuran Partikel Menggunakan
Persamaan Scherer
4.
Hasil Pengujian SEM-EDX
5.
Hasil Pengujian Konduktivitas Listrik
6.
Perhitungan Nilai Konduktivitas Listrik
Sampel
7.
Hasil Pengujian UV-Vis Spectroscopy
8.
Perhitungan Nilai Energi Foton (hυ)
9.
Dokumentasi Penelitian

Halaman
85
88
94
95
104
105
107
113
114