Fotokatalis Silver Orthophosphate (Ag3PO4)

pixabay.com

Material fotokatalis telah lama digunakan dalam berbagai bidang baik dalam kehidupan sehari-hari atau industri saat ini. Sekilas penjelasan mengenai fotokatalis dan proses fotokatalisis-nya telah dipaparkan dalam tulisan di blog ini pada sesi yang lain. Kali ini membahas secara singkat jenis material fotokatalis yang saya teliti dan baru beberapa tahun belakangan ini ditemukan yakni silver orthophosphate atau perak ortofosfat (Ag₃PO₄).

Fotokatalis merupakan material yang memanfaatkan sinar atau foton untuk mengaktivasi dirinya dalam proses eksitasi elektron dari keadaan dasar (pita valensi) ke keadaan yang lebih tinggi atau berebergi lebih besar (pita konduksi). Proses ini dimanfaatkan dalam berbagai bidang seperti untuk proses self-cleaning atau pada penerapan yang lebih jauh seperti self-cleaning dan self-sterilizing [1] hingga penurunan polutan di udara bebas [2-3] serta mikroorganisme merugikan [4-7].

Kehadiran fotokatalis Ag₃PO₄ menjadi salah satu pusat perhatian bagi para peneliti beberapa tahun belakangan karena umumnya fotokatalis yang beredar sekarang ini seperti TiO₂ terbatas pada beberapa hal diantaranya energi celah pita yang lebar yakni sebesar 3,18 eV untuk anatase dan 3,02 untuk rutile [8-9] membuatnya aktif hanya pada sinar UV dimana porsi sinar UV hanya sekitar 3-5% dari spektrum cahaya yang dapat diserap [10], laju pemisahan yang lambat dari fotoeksitasi TiO₂ menunjukkan keterbatasan efisiensi kuantumnya [11] dan lain-lainnya. Berbeda dengan fotokatalis TiO₂ atau kebanyakan material fotokatalis lainnya yang aktif pada panjang gelombang sinar UV (λ<400 nm), fotokatalis Ag₃PO₄ mampu aktif pada panjang gelombang sinar tampak kurang dari ~600 nm [12-13]. Hal ini karena energi celah pitanya yang hanya berkisar antara ~2,2-2,4 eV mampu menyerap panjang gelombang yang lebih lebar pada daerah sinar UV sekaligus sinar tampak. Selain itu, memiliki kemampuan foto-oksidatif yang sangat tinggi di bawah radiasi sinar tampak untuk pembentukan O₂ dari air [14-15], aktivitas degradasi yang lebih besar dibandingkan dengan TiO₂ [16], aktivitas degradasi yang baik untuk berbagai pewarna tekstil seperti Rhodamin B [10, 17], metil biru dan orange [10, 18-19], degradasi bisfenol [20], antibakteri [21], dan lain-lainnya.

Gambar 1. Pembentukan endapan (a) dalam pelarut akua DM dan karakteristik SEM [14] (b) fotokatalis Ag₃PO₄

Fotokatalis Ag₃PO₄ yang ditunjukkan pada Gambar 1 memiliki karakteristik larut dalam asam nitrat, amonia dan kurang larut dalam air. Fotokatalis ini memiliki karakteristik densitas sebesar 6,370 g/cm³, massa molar 418,58 g/mol, titik leleh berkisar 849°C [22] dan memiliki warna keemasan dengan ukuran partikel kristal terukur berkisar 0,5-2 µm sesuai yang ditunjukkan pada Gambar 1 (a) dan (b) [14].

Gambar 2. Spektra FT-IR (a) [17] dan struktur kristal (b) [15] Ag₃PO₄ dimana warna merah, violet dan biru masing-masing mewakili atom O, P dan Ag 

Penelitian yang dilakukan oleh Ge [17] karakterisasi menggunakan FTIR menunjukkan serapan pada 1670 dan 3200 cm^-1 yakni vibrasi untuk tekukan dari OH sedangkan dua serapan besar lainnya yakni pada 560 dan 1014 menunjukkan vibrasi molekul fosfat sesuai pada Gambar 2 (a). Selain itu, fotokatalis Ag₃PO₄ memiliki parameter kisi 6.00 Å dimana struktur terisolasi terdiri atas PO₄ tertrahedral dengan jarak P-O sekitar 1,539 Å membentuk kisi berpusat badan (bcc/body centered cubic) dan enam ion Ag⁺ terdistribusi diantara sisi-sisi diantara dua lipatan simetris [14].

Gambar 3. Potensial CMB (Conduction Minimum Band) dan VBM (Valence Band Minimum) Ag₃PO₄ [23]

Informasi lainnya adalah potensial VBM elektrode dari Ag₃PO₄ yang ditunjukkan pada Gambar 3 sebesar 2,67 V lebih positif dibandingkan dengan O₂/H₂O (1,23 V) yang menandakan bahwa Ag₃PO₄ memiliki kemampuan untuk mengoksidasi H₂O menghasilkan O₂ atau mengoksidasi polutan, sedangkan potensial CBM Ag₃PO₄ sebesar 0,24 V lebih negatif dibandingkan H⁺/H₂ (0 V) dan tidak bisa mereduksi H⁺ menjadi H₂ [14,24].

Fotokatalis Ag₃PO₄ masih membuka peluang selebar-lebarnya dalam pengembangan risetnya khususnya dalam kestabilan dibawah iridiasi sinar tampak. Hal ini karena dalam beberapa penelitian, fotokatalis Ag₃PO₄ menunjukkan sifat instabilitas melalui proses foto-reduksi Ag⁺ menjadi Ag⁰ sehingga menghambat aktifitas kerjanya [13] sehingga beberapa usaha penanggulangan sifat instabilitas dari fotokatalis Ag₃PO₄ masih terus dilakukan hingga sekarang, salah satu diantaranya penelitian pembentukan material komposit dengan CQDs/Ag/Ag₃PO₄ dan CQDs/Ag₃PO₄ [25], g-C₃N₄ [26], Ag@Ag₃PO₄/RGO [27] pembentukan mikrostruktur hibrid [28], AgBr/Ag₃PO₄ [29] terbukti mampu meningkatkan daya stabilitasnya ketika diuji berulang kali dalam kondisi yang sama.

Melalui penjelasan ini, fotokatalis Ag₃PO₄ menjadi salah satu kandidat fotokatalis yang cukup potensial dalam hal foto-oksidasi substrat organik, pewarna atau mikroorganisme merugikan. Meskipun beberapa penelitian menunjukkan hasil aktifitas dan daya kestabilan fotokatalis yang memuaskan namun tidak menutup kemungkinan untuk riset yang berkelanjutan secara signifikan dan kompherensif seperti sistem terdispersi-pendispersi, kelarutan dan perekatannya terhadap susbtrat kaca demi tercapainya penggunaan secara luas di masa mendatang.  

Daftar Pustaka

1.       F.T.A. Wibowo, R. Diansari, S. Taqiyyah dan Slamet, 2014, International Journal of Technology, 2: 290-300.

2.       D. Agusta, 2012, Uji Adsorpsi Gas CO Pada Asap Kebakaran dengan Menggunakan Karbon Aktif dari Arang Tempurung Kelapa yang Terimpegnasi TiO₂, Skripsi, Fakultas Teknik Universitas Indonesia.

3.       K.T. Basuki, 2007, JFN, 1, pp. 45-64.

4.       D. Mitoraj, A. Janczyk, M. Strus, H. Kisch, G. Stochel, P.T. Heczko dan W. Macyk, 2007, Photochemical & Photobiological Sciences, 6, pp. 642-648.

5.       S. C. Hayden, N.K. Allam dan M.A. El Sayed, 2010, J.Am.Chem.Soc, 132, pp. 14406-14408.  

6.       C. Hu, J. Guo, J. Qu, dan X. Hu, 2007, Langmuir, 23, pp. 4982-4987.

7.       K. Benabbou, Z. Derriche, C. Felix, P. Lejeune dan G. Guillard, 2007, Applied Catalysis B: Environmental, 76, pp. 257-263.

8.       S. K. Kurniati, E.T. Wahyuni dan F.E. Hermawan, 2009, J. Manusia dan Lingkungan, 16(1), pp. 54-64.

9.       B. Syam, dan H. Widyandari, 2014, Youngster Physic Journal, 2(1), pp.15-24.

10.   X. Yan, Q. Gao, J. Qin, X. Yang, Y. Li dan H. Tang, 2013, Ceramic International, 39, pp. 9715-9720.

11.   Pravita, dan D. Dahlan, 2013, Jurnal Fisika Unand, 2, pp. 2.

12.   U. Sulaeman, I.R. Nisa, A. Riapanitra, P. Iswanto, S. Yin, dan T. Sato, 2014, Advanced Materials Research, 896, pp. 141-144.

13.   Febiyanto, I.V. Eliani, U. Sulaeman, A. Riapanitra, 2016, AIP Conference Proceeding 1725 (1): 020021

14.   Z. Yi, J. Ye, N. Kikugawa, T. Kako, S. Ouyang, H.S. Williams, H. Yang, J. Cao, W. Luo, Z. Li, Y. Liu, dan R.L. Withers, 2010, Nature Materials, 9, pp. 559-564.

15.   Y. Z. Ma, F. Cheng, W.S. Liu, J. Wang dan Y.K. Wang. (2015). Research Progress of Ag₃PO₄ based Photocatalyst Fundamentals and Performance Enchancement, Trnas. Nonferrous Met. Soc. China, 25, pp. 112-121.

16.   T. A. Vu, C.D. Dao, T.T.T. Hoang, T. Nguyen, G.H. Lie, P.T., Dang, H.T.K. Tran, dan T.V. Nguyen, 2013, Materials Letters, 92, pp. 57-60.

17.   M. Ge, 2014, Chinese Journal of Catalys, 35, pp.  1410-1417.

18.   B. Wang, L. Wang, Z. Hao dan Y. Luo, 2015, Catalysis Communications, 58, pp. 117-121.

19.   P. Dong, P., Y.Yin, N. Xu, R. Guan, G. Hou, dan Y. Wang, 2014, Material Research Bulletin, 60, pp. 682-689.

20.   H. Katsumata, M. Taniguchi, S. Kaneco, dan T. Suzuki, 2013, Catalysis Communications, 34, pp. 30-34.

21.   Wu, C. Tan, W. Chang, Y. Hong, Q. Zhang, Y. Qu, dan H. Fu, 2013, Materials Research Bulletin 48, pp. 3034-3048.

22.   Vogel, 1990, Buku Teks Analisis Anorganik Kualitatif Makro dan Semimikro, PT Kalman Media Pustaka, Jakarta.

23.   G. F. Huang, Z. L. Ma, W.Q. Huang, Y. Tian, C. Jiao, Z.M. Yang, Z. Wan dan A. Pan, 2013, Journal of Nanomaterials, 2013, pp. 1-8.

24.   J.J. Liu, J.J., X.L. Fu, S.F. Chen dan Y.F. Zhu, 2011, Applied Phisic Letters, 99(19), pp. 191903.

25.   H. Zhang, H. Huang, H. Ming, H. Li, L. Zhang, Y. Liu dan Z. Kang, 2012, Journal of Materials Chemistry, 22: 10501.

26.   F. J. Zhang, F. X. Xie, S.F. Zhu, J. Liu, J. Zhang, S. F. Mei, dan W. Zhao, 2013, Chemical Engineering Journal, 228: 435-441.

27.   G. He, M. Qian, X. Sun, Q. Chen, X. Wang dan H. Chen, 2013, Powder Technology, 246: 278-283.

28.   B Wang, X. Gu, Y. Zhao dan Y. Qiang, 2013, Applied Surfaces Science, 283: 396-401

29.   J. Cao, B. Luo, H. Lin, B. Xu dan S. Chen, 2012, Journal of Hazardous Materials, 217-218: 107-115.