Oleh ;Adi Rohandi (J1B107061)

David Hamonangan (J1B110206)Fitriana Wulansari (J1B110024)

Fitriani (J1B110025)

Karakterisasi Senyawa Berstruktur Aurivillius Bi 4Ti 3O 12

Senyawa Aurivillius pertama kali dilaporkan oleh Bengt Aurivillius pada tahun 1949.

Bi4Ti3O12 termasuk dalam keluarga senyawa Aurivillius, karena memiliki sifat feroelektrik dan elektro-optik, Bi4Ti3O12 memiliki potensi sebagai memori komputer, optical display dan peralatan elektro-optik lainnya.

Metodologi Sintesis Bi 4Ti 3O 12

dengan Metode HidrotermalDua kombinasi pereaksi awal yaitu Bi2O3/TiO2 dan

Bi(OH)3/TiO2 digunakan untuk mensintesis Bi4Ti3O12.Kedua kombinasi pereaksi awal tersebut dicampurkan

dengan perbandingan Bi/Ti:4/3 kemudian ditambahi larutan NaOH hingga mencapai 60% (± 25 mL).

Campuran kemudian dimasukkan ke dalam autoklaf , dipanaskan pada suhu tertentu, sehingga terbentuk tekanan autogenous dalam autoklaf.

Lanjutan.....Serbuk yang diperoleh dicuci dengan air bebas mineral

untuk menghilangkan ion Na+ dan dikeringkan pada suhu ruang.

Pada penelitian ini dilakukan beberapa variasi kondisi reaksi seperti tercantum pada Tabel 1.

Metodologi Sintesis Bi 4Ti 3O 12

dengan Metode HidrotermalTabel 1. Berbagai kombinasi pereaksi, konsentrasi NaOH dan suhu reaksi serta produk yang dihasilkan

Semua reaksi dilakukan selama 72 jam; X = fasa pengotor (Bi12TiO12 dan Bi2Ti2O7)

Hasil Analisis dan Pembahasan Sistem reaksi Bi2O3/TiO2 Awalnya dilakukan pencarian waktu optimum reaksi, yakni

reaksi dilakukan selama 24, 48, 72 dan 96 jam untuk konsentrasi NaOH 5 M dan suhu 200 °C. Diperoleh waktu optimum reaksi adalah 72 jam.

Untuk mempelajari pengaruh suhu reaksi terhadap produk yang diperoleh dilakukan beberapa proses sintesis pada suhu 200, 225, 235 dan 240 °C sedangkan konsentrasi NaOH dibuat konstan pada nilai 5 M. Hasil yang diperoleh secara fisik relatif sama yaitu berupa serbuk berwarna kuning keputihan.

Pola difraksi (Gambar 2a) memperlihatkan bahwa pada suhu 200 °C diperoleh sistem multifasa dengan fasa utama berupa Bi12TiO20, sedangkan Bi4Ti3O12 diperoleh sebagai fasa yang sangat sedikit.

- Pada suhu reaksi yang lebih tinggi (225 °C) juga diperoleh sistem multifasa akan tetapi Bi4Ti3O12 ditemui sebagai fasa utama.

- Suhu reaksi yang lebih tinggi lagi (235 °C) menghasilkan pola difraksi yang memperlihatkan penurunan intensitas relatif dari puncak-puncak Bi12TiO20, dan pada suhu 240 °C terlihat puncak-puncak karakteristik senyawa Aurivillius Bi4Ti3O12 bertambah tajam dan tinggi intensitasnya. Hal ini menandakan terbentuknya produk dengan kristalinitas yang semakin tinggi. Pengamatan ini menandakan bahwa pembentukan Bi4Ti3O12 berlangsung optimal pada suhu yang relatif tinggi.

Hasil Analisis dan Pembahasan Sistem reaksi Bi2O3/TiO2 Reaksi hidrotermal pada dasarnya berlangsung dengan cara

pelarutan pereaksi dan diikuti dengan kristalisasi produk dengan dibantu mineralizer. Sebagaimana umumnya oksida dan senyawa anorganik padat, proses pelarutan berlangsung lebih baik pada suhu yang lebih tinggi.

Namun dengan meningkatnya suhu, terlihat pula peningkatan intensitas relatif puncak karakteristik pengotor Bi12TiO20. Peningkatan puncak dari Bi12TiO20 diperkirakan disebabkan oleh terlarutnya kembali sebagian Bi4Ti3O12 dan membentuk suatu fasa baru Bi12TiO20.

Hasil Analisis dan Pembahasan

Selanjutnya dilakukan pencarian konsentrasi optimum NaOH yang memungkinkan didapatkannya senyawa Aurivillius Bi4Ti3O12. Pengaruh konsentrasi mineralizer untuk kombinasi pereaksi ini ditunjukkan pada Gambar 2b.

Hasil Analisis dan PembahasanProduk satu fasa Bi4Ti3O12 diperoleh pada konsentrasi NaOH 3 M,

sedangkan pada konsentrasi NaOH 1 dan 5 M diperoleh sistem multifasa.

Kemurnian produk yang diperoleh pada konsentrasi NaOH 3 M dibuktikan dengan pembandingan pola difraksi yang diperoleh dengan pola difraksi Bi4Ti3O12 standar (Gambar 2c).

Hasil Analisis dan Pembahasan Sistem reaksi Bi2O3/TiO2

Spektrum IR untuk sampel yang diperoleh dari reaksi dengan NaOH 1 M dan 3 M ditunjukkan pada Gambar 3

• Spektrum dengan jelas menunjukkan adanya dua buah puncak serapan pada daerah bilangan gelombang 587 dan 825 cm-1 yang merupakan struktur Aurivillius Bi4Ti3O12

• Serapan pada 685 cm-1 diperkirakan merupakan puncak serapan dari fasa pengotor.

Hasil Analisis dan Pembahasan Sistem reaksi Bi(OH)3/TiO2Sintesis senyawa Aurivillius dari pereaksi awal

Bi(OH)3/TiO2 juga telah dilakukan. Hasil orientasi waktu dan suhu reaksi menunjukkan bahwa waktu reaksi selama 72 jam merupakan waktu reaksi yang optimum, dan suhu optimum adalah 240°C.

Pada sistem reaksi ini digunakan konsentrasi NaOH yang bervariasi yaitu sebesar 1, 3, dan 5 M. Pola difraksi yang diperoleh menunjukkan bahwa dengan konsentrasi NaOH sebesar 3 M diperoleh sistem satu fasa Bi4Ti3O12 sedangkan pada konsentrasi NaOH 1 dan 5 M diperoleh sistem multifasa dengan fasa utama Bi4Ti3O12 dan pengotor berupa Bi12TiO20 dan Bi2Ti2O7 (Gambar 4).

Sama dengan pada kombinasi pereaksi awal Bi2O3/TiO2, kemurnian produk yang diperoleh pada konsentrasi NaOH 3 M dibuktikan dengan pembandingan pola difraksi yang diperoleh dengan pola difraksi Bi4Ti3O12 standar (Gambar 2c).

Fakta bahwa pada konsentrasi mineralizer 3 M dihasilkan produk murni, diperkirakan karena terjadi hal yang sama dengan pada sistem reaksi yang Bi2O3/TiO2, yakni dalam NaOH 1 M pereaksi tidak larut sempurna sehingga diperoleh fasa pengotor sedangkan pada konsentrasi 5 M sebagian produk terlarut kembali dan membentuk fasa baru.

Seperti dalam spektrum IR pada produk sistem Bi2O3/TiO2, spektrum IR dari produk yang diperoleh pada sistem Bi(OH)3/TiO2 menunjukkan dua modus vibrasi , yakni dua buah puncak serapan pada daerah bilangan gelombang 587 dan 827 cm-1 (Gambar 5).

• Spektrum IR yang diperoleh memiliki pola yang mirip antara produk yang diperoleh dengan menggunakan NaOH 1 M dan 3 M, sedangkan pada analisis difraksi sinar-X diketahui bahwa pada produk dengan konsentrasi NaOH 1 M dideteksi adanya pengotor.

• perbandingan hasil kedua teknik karakterisasi ini juga memberikan satu ilustrasi yang sangat baik bahwa metode difraksi sinar-X memberikan informasi lebih baik mengenai fasa-fasa yang terbentuk dalam suatu sintesis padatan.

KesimpulanSenyawa berstruktur Aurivillius Bi4Ti3O12 telah berhasil disintesis dari

kombinasi pereaksi awal yang tidak melibatkan fasa alkoksida maupun

klorida, yakni Bi2O3/TiO2 dan Bi(OH)3/TiO2. Bi4Ti3O12 dengan kemurnian dan

kristalinitas yang tinggi diperoleh pada kondisi reaksi: suhu 240oC, NaOH 3

M, 72 jam untuk kedua kombinasi pereaksi awal. Indikasi terbentuknya

Aurivillius titanat dapat terlihat pada munculnya serapan di sekitar 587

dan 827 cm-1, walaupun diperlukan karakterisasi lebih lanjut dengan XRD

untuk meyakinkan tidak adanya pengotor lain.