SINTESIS SENYAWA AURIVILLIUS LAPIS EMPAT Sr1-xBi3+xLaTi4-xMnxO15 DENGAN METODE HIDROTERMAL.
SINTESIS SENYAWA AURIVILLIUS LAPIS EMPAT
Sr1-xBi3+xLaTi4-xMnxO15 DENGAN METODE HIDROTERMAL
Skripsi Sarjana Kimia
Oleh
ERNI PAKPAHAN
BP : 0910412074
JURUSAN S1 KIMIA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS ANDALAS
PADANG
2013
i
INTISARI
SINTESIS SENYAWA AURIVILLIUS LAPIS EMPAT
Sr1-xBi3+xLaTi4-xMnxO15 DENGAN METODE HIDROTERMAL
Oleh:
Erni Pakpahan (0910412074)
Dibimbing Oleh Dr. Zulhadjri, M. Eng dan Prof. Dr. Syukri Arief, M.Eng
Senyawa Aurivillius merupakan senyawa oksida logam dengan rumus umum
[Bi2O2]2+.[An-1BnO3n+1]2-. Senyawa Aurivillius tumbuh secara teratur dari lapisan
oksida bismut [Bi2O2]2+ dan perovskit [An-1BnO3n+1]2-. Oksida Aurivillius
mempunyai beberapa sifat fisik yang karakteristik salah satunya adalah sifat
magnetoelektrik karena senyawa Aurivillius dapat dibangun dengan
mengkombinasikan kation feroelektrik (d0) dan kation magnetik (dn) di pusat
oktahedral. Pada penelitian ini telah dilakukan sintesis senyawa Aurivillus lapis
4, Sr1-xBi3+xLaTi4-xMnxO15 (x = 0; 0,2; 0,4; 0,6; 0,8; 1) dengan metode
hidrotermal. Produk yang diperoleh telah dikarakterisasi dengan menggunakan
difraksi sinar-X (XRD). Semua data XRD direfinement menggunakan program
Rietica dengan metode Le Bail. Hasil yang diperoleh adalah sampel x = 0,6
memperlihatkan fasa tunggal Aurivillius lapis 4. Sedangkan sampel dengan x <
0,6 didapatkan senyawa Aurivillius lapis 4 yang bercampur dengan fasa
perovskit, sampel x = 0,8 dan 1 memperlihatkan fasa Aurivillius lapis 3 dan
La5Ti5O17. Fasa tunggal Aurivillus lapis 4, Sr1-xBi3+xLaTi4-xMnxO15 memiliki
simetri ortorombik dengan grup ruang A21am. Morfologi sampel yang dianalisis
dengan SEM memperlihatkan permukaan berupa butiran halus dan lempenganlempengan yang merupakan ciri khas dari fasa Aurivillius. Hasil analisis
menggunakan Vibrating Sampel Magnetometer (VSM) menunjukkan bahwa
sampel bersifat paramagnetik.
Kata Kunci : Senyawa Aurivillius, Metode Hidrotermal, Paramagnetik.
vi
ABSTRACT
SYNTHESIS OF FOUR-LAYERS AURIVILLIUS PHASES Sr1-xBi3+xLaTi4xMnxO15
(x = 0; 0,2; 0,4; 0,6; 0,8; 1) WITH HYDROTHERMAL METHOD
By
Erni Pakpahan (0910412074)
Guided by Dr. Zulhadjri, M. Eng dan Prof. Dr. Syukri Arief, M.Eng
Aurivillius phases are metal oxides with general formula [Bi2O2]2+.[An-1BnO3n+1]2-.
They grow regularly between bismuth oxides [Bi2O2]2+ and perovskite [An2layers. Aurivillius phases can perform as a magnetoelectric
1BnO3n+1]
compouds due to their structure can be built by combination of ferroelectric
cation (d0) and magnetic kation (dn) in octahedral of perovskite layer. In this
study, , it has been synthesized four layer Aurivillius, Sr1-xBi3+xLaTi4-xMnxO15 (x =
0; 0,2; 0,4; 1) with hydrothermal method. The products have been characterized
by X-Ray diffraction (XRD). The patterns of XRD were refined by Le Bail
tecnique using rietica program. The result showed single phase four-layers of
Aurivillius Sr1-xBi3+xLaTi4-xMnxO15 for the sampel with x = 0.6. The sampel with x
= 0, 0.2, and 0.4 formed four-layer Aurivillius phase, however still containing
another phase predicted as perovskite phase. While the sampel with x = 0,8
and 1 showed three-layer Aurivillius phase and La5Ti5O17. The four-layers of
SrBi4-xLaxTi4-xMnxO15 has ortorombic symmetry with A21am space group. The
morfology of the sampels analyzed by Scanning Electron Microcopy (SEM)
showed the plate and grains as the characteristic of Aurivillius phase. The result
showed paramagnetic by Vibrating Sampel Magnetometer (VSM).
Key words: Aurivillius phase, Hydrotermal method, Paramagnetic.
vii
BAB I. PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang
Senyawa Aurivillius merupakan oksida logam yang terdiri atas lapisan perovskit
dan bismut. Senyawa Aurivillius mempunyai beberapa sifat fisik yang
karakteristik salah satunya adalah sifat feroelektrik. Sifat feroelektrik dihasilkan
oleh kation logam transisi yang memiliki orbital d0. Selain memiliki sifat
feroelektrik, senyawa Aurivillius juga dapat menunjukkan sifat magnetoelektrik.
Senyawa bersifat magnetoelektrik terdiri atas kation feroelektrik (d 0) dan kation
magnetik (dn) di dalam satu fasa [1,2,3,4].
Pada saat ini, material yang menunjukkan sifat magnetoelektrik menarik
perhatian peneliti. Material sejenis ini dipertimbangkan sebagai senyawa yang
menjanjikan, misalnya sebagai sensor feromagnetik dan penyimpan data.
Senyawa Aurivillius merupakan salah satu kandidat untuk tujuan ini karena
senyawa Aurivillius disusun atas perovskit dengan komposisi [An-1BnO3n+1]2- dan
lapisan oksida bismut [Bi2O2]2+. Dimana senyawa Aurivillius dapat dibangun
dengan mengkombinasikan kation feroelektrik (d0) dan kation magnetik (dn) di
pusat oktahedral, sehingga memiliki sifat magnetoelektrik [4].
Aplikasi senyawa Aurivillius lainnya adalah sebagai penyimpan memori
seperti Ferroelektric Random Acces Memories (FRAM), Dielectric Random
Acces Memories (DRAM), selain itu juga digunakan untuk sebagai bahan
superkonduktor, katalis dalam industri petrokimia, keramik di bidang kesehatan,
konduktor, material magnetik, katalis, optical display, dan kapasitor. Sedangkan
sifat magnetoelektrik dari senyawa Aurivillius diperkirakan dapat menyimpan
data dengan kapasitas besar karena sifat magnetolektriknya
Dalam
penelitian
ini dilakukan
[1,2]
sintesis senyawa
.
Aurivillius
yang
diharapkan memiliki sifat magnetoelektrik. Senyawa Aurivillius Sr1-xBi3+xLaTi4xMnxO15
disintesis, dimana Ti4+ yang memiliki sifat feroelektrik didoping dengan
kation Mn3+ yang bersifat magnetik. Mangan memiliki sifat magnetik yang bagus
1
sehingga sangat berpotensi untuk menghasilkan senyawa Aurivillius bersifat
magnetoelektrik [3,4].
Pada penelitian sebelumnya (Zulhadjri, dkk, 2009, 2011a, 2011b) telah
melakukan pembuatan senyawa Aurivillius Pb1-xBi4+xTi4-xMnxO15 dan Pb2xBi4+xTi5-xMnxO18
(0≤ x ≤1) dengan menggunakan metode lelehan garam. Hasil
yang diperoleh adalah fasa tunggal Aurivillius dengan grup ruang A21am
dengan konsentrasi Mn3+ maksimum adalah x = 0,6 mol. Selain itu diperoleh
ikatan Ti-O dalam lapisan perovskit mengalami perubahan panjang ikatan dan
senyawanya memperlihatkan distorsi struktur. Namun, metode lelehan garam
berlangsung dalam suhu yang cukup tinggi, sehingga kurang menguntungkan
dalam sintesis [4,5].
Pada penelitian ini dilakukan sintesis senyawa Aurivillius Sr1-xBi3+xLaTi4xMnxO15
Mn
3+
(0 ≤ x ≤ 1) dengan menggunakan metode hidrotermal karena kation
dan Ti4+ akan dapat terdistorsi pada lapisan oktahedra perovskit karena
berbeda dalam valensi. Dengan menggunakan metode hidrotermal maka
pembentukan oktahedra yang mengandung kation
Ti 4+ dan Mn3+ dapat
dipertahankan dan dikontrol muatannya karena metode hidrotermal dapat
memberi tekanan yang cukup tinggi [4,5].
Proses hidrotermal melibatkan penggunaan pelarut di atas suhu dan
tekanan di atas titik didihnya. Hal ini akan mengakibatkan terjadinya
peningkatan daya larut dari padatan dan meningkatnya kecepatan reaksi antar
padatan. Sintesis senyawa Aurivillius dengan metode hidrotermal telah banyak
dibuktikan dapat menghasilkan produk-produk kristalit yang tinggi hanya
dengan menggunakan temperatur dan konsentrasi yang rendah [6].
Yanhui Shi, dkk (2000) sudah melakukan penelitian sintesis senyawa
Aurivillius dengan menggunakan metode hidrotermal pada suhu 240 oC selama
72 jam
[7]
.
Rizal, M dan Ismunandar (2007) juga telah berhasil melakukan
sintesis dan karakterisasi senyawa Aurivillius Bi4Ti3O12 dengan metode
hidrotermal menggunakan pelarut NaOH 3M. Metode ini diaplikasikan dalam
sintesis senyawa Aurivillius Lapis 4, Sr1-xBi3+xLaTi4-xMnxO15 (0≤ x ≤1) [8].
2
1.2. Perumusan Masalah
Berdasarkan latarbelakang di atas dapat diajukan beberapa permasalahan,
yaitu apakah dalam sintesis senyawa Aurivillius lapis 4, Sr1-xBi3+xLaTi4-xMnxO15
dapat terbentuk fasa tunggal dengan komposisi kation Mn 3+ hingga 1 mol dan
bagaimana struktur senyawa Aurivillius lapis 4, Sr1-xBi3+xLaTi4-xMnxO15 hasil
sintesis dengan menggunakan metode hidrotermal.
1.3. Tujuan Penelitian
Adapun tujuan dilakukannya penelitian ini adalah :
1. Mensintesis senyawa Aurivillius Sr1-xBi3+xLaTi4-xMnxO15, dengan metode
hidrotermal.
2. Mempelajari pembentukan fasa lapis 4 Aurivillius Sr1-xBi3+xLaTi4-xMnxO15
(x=0;0,2;0,4;0,6; 0,8;1) dengan metode hidrotermal
3. Menentukan struktur kristal Sr1-xBi3+xLaTi4-xMnxO15.
4. Mengukur sifat magnetik senyawa Aurivillius Sr1-xBi3+xLaTi4-xMnxO15.
1.4. Manfaat Penelitian
Manfaat setelah dilakukannya penelitian diharapkan dapat memberikan
informasi keberhasilan pembentukan fasa tunggal Aurivillius lapis 4 Sr 1xBi3+xLaTi4-xMnxO15
dengan kombinasi kation feroelektrik dan magnetik, serta
dapat digunakan sebagai acuan untuk melakukan penelitian senyawa Aurivillius
menggunakan metode Hidrotermal.
3
Sr1-xBi3+xLaTi4-xMnxO15 DENGAN METODE HIDROTERMAL
Skripsi Sarjana Kimia
Oleh
ERNI PAKPAHAN
BP : 0910412074
JURUSAN S1 KIMIA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS ANDALAS
PADANG
2013
i
INTISARI
SINTESIS SENYAWA AURIVILLIUS LAPIS EMPAT
Sr1-xBi3+xLaTi4-xMnxO15 DENGAN METODE HIDROTERMAL
Oleh:
Erni Pakpahan (0910412074)
Dibimbing Oleh Dr. Zulhadjri, M. Eng dan Prof. Dr. Syukri Arief, M.Eng
Senyawa Aurivillius merupakan senyawa oksida logam dengan rumus umum
[Bi2O2]2+.[An-1BnO3n+1]2-. Senyawa Aurivillius tumbuh secara teratur dari lapisan
oksida bismut [Bi2O2]2+ dan perovskit [An-1BnO3n+1]2-. Oksida Aurivillius
mempunyai beberapa sifat fisik yang karakteristik salah satunya adalah sifat
magnetoelektrik karena senyawa Aurivillius dapat dibangun dengan
mengkombinasikan kation feroelektrik (d0) dan kation magnetik (dn) di pusat
oktahedral. Pada penelitian ini telah dilakukan sintesis senyawa Aurivillus lapis
4, Sr1-xBi3+xLaTi4-xMnxO15 (x = 0; 0,2; 0,4; 0,6; 0,8; 1) dengan metode
hidrotermal. Produk yang diperoleh telah dikarakterisasi dengan menggunakan
difraksi sinar-X (XRD). Semua data XRD direfinement menggunakan program
Rietica dengan metode Le Bail. Hasil yang diperoleh adalah sampel x = 0,6
memperlihatkan fasa tunggal Aurivillius lapis 4. Sedangkan sampel dengan x <
0,6 didapatkan senyawa Aurivillius lapis 4 yang bercampur dengan fasa
perovskit, sampel x = 0,8 dan 1 memperlihatkan fasa Aurivillius lapis 3 dan
La5Ti5O17. Fasa tunggal Aurivillus lapis 4, Sr1-xBi3+xLaTi4-xMnxO15 memiliki
simetri ortorombik dengan grup ruang A21am. Morfologi sampel yang dianalisis
dengan SEM memperlihatkan permukaan berupa butiran halus dan lempenganlempengan yang merupakan ciri khas dari fasa Aurivillius. Hasil analisis
menggunakan Vibrating Sampel Magnetometer (VSM) menunjukkan bahwa
sampel bersifat paramagnetik.
Kata Kunci : Senyawa Aurivillius, Metode Hidrotermal, Paramagnetik.
vi
ABSTRACT
SYNTHESIS OF FOUR-LAYERS AURIVILLIUS PHASES Sr1-xBi3+xLaTi4xMnxO15
(x = 0; 0,2; 0,4; 0,6; 0,8; 1) WITH HYDROTHERMAL METHOD
By
Erni Pakpahan (0910412074)
Guided by Dr. Zulhadjri, M. Eng dan Prof. Dr. Syukri Arief, M.Eng
Aurivillius phases are metal oxides with general formula [Bi2O2]2+.[An-1BnO3n+1]2-.
They grow regularly between bismuth oxides [Bi2O2]2+ and perovskite [An2layers. Aurivillius phases can perform as a magnetoelectric
1BnO3n+1]
compouds due to their structure can be built by combination of ferroelectric
cation (d0) and magnetic kation (dn) in octahedral of perovskite layer. In this
study, , it has been synthesized four layer Aurivillius, Sr1-xBi3+xLaTi4-xMnxO15 (x =
0; 0,2; 0,4; 1) with hydrothermal method. The products have been characterized
by X-Ray diffraction (XRD). The patterns of XRD were refined by Le Bail
tecnique using rietica program. The result showed single phase four-layers of
Aurivillius Sr1-xBi3+xLaTi4-xMnxO15 for the sampel with x = 0.6. The sampel with x
= 0, 0.2, and 0.4 formed four-layer Aurivillius phase, however still containing
another phase predicted as perovskite phase. While the sampel with x = 0,8
and 1 showed three-layer Aurivillius phase and La5Ti5O17. The four-layers of
SrBi4-xLaxTi4-xMnxO15 has ortorombic symmetry with A21am space group. The
morfology of the sampels analyzed by Scanning Electron Microcopy (SEM)
showed the plate and grains as the characteristic of Aurivillius phase. The result
showed paramagnetic by Vibrating Sampel Magnetometer (VSM).
Key words: Aurivillius phase, Hydrotermal method, Paramagnetic.
vii
BAB I. PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang
Senyawa Aurivillius merupakan oksida logam yang terdiri atas lapisan perovskit
dan bismut. Senyawa Aurivillius mempunyai beberapa sifat fisik yang
karakteristik salah satunya adalah sifat feroelektrik. Sifat feroelektrik dihasilkan
oleh kation logam transisi yang memiliki orbital d0. Selain memiliki sifat
feroelektrik, senyawa Aurivillius juga dapat menunjukkan sifat magnetoelektrik.
Senyawa bersifat magnetoelektrik terdiri atas kation feroelektrik (d 0) dan kation
magnetik (dn) di dalam satu fasa [1,2,3,4].
Pada saat ini, material yang menunjukkan sifat magnetoelektrik menarik
perhatian peneliti. Material sejenis ini dipertimbangkan sebagai senyawa yang
menjanjikan, misalnya sebagai sensor feromagnetik dan penyimpan data.
Senyawa Aurivillius merupakan salah satu kandidat untuk tujuan ini karena
senyawa Aurivillius disusun atas perovskit dengan komposisi [An-1BnO3n+1]2- dan
lapisan oksida bismut [Bi2O2]2+. Dimana senyawa Aurivillius dapat dibangun
dengan mengkombinasikan kation feroelektrik (d0) dan kation magnetik (dn) di
pusat oktahedral, sehingga memiliki sifat magnetoelektrik [4].
Aplikasi senyawa Aurivillius lainnya adalah sebagai penyimpan memori
seperti Ferroelektric Random Acces Memories (FRAM), Dielectric Random
Acces Memories (DRAM), selain itu juga digunakan untuk sebagai bahan
superkonduktor, katalis dalam industri petrokimia, keramik di bidang kesehatan,
konduktor, material magnetik, katalis, optical display, dan kapasitor. Sedangkan
sifat magnetoelektrik dari senyawa Aurivillius diperkirakan dapat menyimpan
data dengan kapasitas besar karena sifat magnetolektriknya
Dalam
penelitian
ini dilakukan
[1,2]
sintesis senyawa
.
Aurivillius
yang
diharapkan memiliki sifat magnetoelektrik. Senyawa Aurivillius Sr1-xBi3+xLaTi4xMnxO15
disintesis, dimana Ti4+ yang memiliki sifat feroelektrik didoping dengan
kation Mn3+ yang bersifat magnetik. Mangan memiliki sifat magnetik yang bagus
1
sehingga sangat berpotensi untuk menghasilkan senyawa Aurivillius bersifat
magnetoelektrik [3,4].
Pada penelitian sebelumnya (Zulhadjri, dkk, 2009, 2011a, 2011b) telah
melakukan pembuatan senyawa Aurivillius Pb1-xBi4+xTi4-xMnxO15 dan Pb2xBi4+xTi5-xMnxO18
(0≤ x ≤1) dengan menggunakan metode lelehan garam. Hasil
yang diperoleh adalah fasa tunggal Aurivillius dengan grup ruang A21am
dengan konsentrasi Mn3+ maksimum adalah x = 0,6 mol. Selain itu diperoleh
ikatan Ti-O dalam lapisan perovskit mengalami perubahan panjang ikatan dan
senyawanya memperlihatkan distorsi struktur. Namun, metode lelehan garam
berlangsung dalam suhu yang cukup tinggi, sehingga kurang menguntungkan
dalam sintesis [4,5].
Pada penelitian ini dilakukan sintesis senyawa Aurivillius Sr1-xBi3+xLaTi4xMnxO15
Mn
3+
(0 ≤ x ≤ 1) dengan menggunakan metode hidrotermal karena kation
dan Ti4+ akan dapat terdistorsi pada lapisan oktahedra perovskit karena
berbeda dalam valensi. Dengan menggunakan metode hidrotermal maka
pembentukan oktahedra yang mengandung kation
Ti 4+ dan Mn3+ dapat
dipertahankan dan dikontrol muatannya karena metode hidrotermal dapat
memberi tekanan yang cukup tinggi [4,5].
Proses hidrotermal melibatkan penggunaan pelarut di atas suhu dan
tekanan di atas titik didihnya. Hal ini akan mengakibatkan terjadinya
peningkatan daya larut dari padatan dan meningkatnya kecepatan reaksi antar
padatan. Sintesis senyawa Aurivillius dengan metode hidrotermal telah banyak
dibuktikan dapat menghasilkan produk-produk kristalit yang tinggi hanya
dengan menggunakan temperatur dan konsentrasi yang rendah [6].
Yanhui Shi, dkk (2000) sudah melakukan penelitian sintesis senyawa
Aurivillius dengan menggunakan metode hidrotermal pada suhu 240 oC selama
72 jam
[7]
.
Rizal, M dan Ismunandar (2007) juga telah berhasil melakukan
sintesis dan karakterisasi senyawa Aurivillius Bi4Ti3O12 dengan metode
hidrotermal menggunakan pelarut NaOH 3M. Metode ini diaplikasikan dalam
sintesis senyawa Aurivillius Lapis 4, Sr1-xBi3+xLaTi4-xMnxO15 (0≤ x ≤1) [8].
2
1.2. Perumusan Masalah
Berdasarkan latarbelakang di atas dapat diajukan beberapa permasalahan,
yaitu apakah dalam sintesis senyawa Aurivillius lapis 4, Sr1-xBi3+xLaTi4-xMnxO15
dapat terbentuk fasa tunggal dengan komposisi kation Mn 3+ hingga 1 mol dan
bagaimana struktur senyawa Aurivillius lapis 4, Sr1-xBi3+xLaTi4-xMnxO15 hasil
sintesis dengan menggunakan metode hidrotermal.
1.3. Tujuan Penelitian
Adapun tujuan dilakukannya penelitian ini adalah :
1. Mensintesis senyawa Aurivillius Sr1-xBi3+xLaTi4-xMnxO15, dengan metode
hidrotermal.
2. Mempelajari pembentukan fasa lapis 4 Aurivillius Sr1-xBi3+xLaTi4-xMnxO15
(x=0;0,2;0,4;0,6; 0,8;1) dengan metode hidrotermal
3. Menentukan struktur kristal Sr1-xBi3+xLaTi4-xMnxO15.
4. Mengukur sifat magnetik senyawa Aurivillius Sr1-xBi3+xLaTi4-xMnxO15.
1.4. Manfaat Penelitian
Manfaat setelah dilakukannya penelitian diharapkan dapat memberikan
informasi keberhasilan pembentukan fasa tunggal Aurivillius lapis 4 Sr 1xBi3+xLaTi4-xMnxO15
dengan kombinasi kation feroelektrik dan magnetik, serta
dapat digunakan sebagai acuan untuk melakukan penelitian senyawa Aurivillius
menggunakan metode Hidrotermal.
3