Struktur Morfologi Silver Orthophosphate (Ag3PO4) Bagian 1

Fotokatalis atau semikonduktor silver orthophosphate atau Ag₃PO₄ menjadi salah satu jenis fotokatalis yang cukup banyak diteliti dan penelitiannya cukup berkembang pesat saat ini sejak 7 tahun lalu ditemukan [1]. Hal ini karena tidak hanya metode atau teknik fabrikasinya yang cukup mudah layaknya metode ko-presipitasi namun juga semikonduktor Ag₃PO₄ memiliki kemampuan yang dapat diandalkan bahkan unggul dalam hal foto-oksidasinya yang tinggi, rentang serapan pada sinar tampak yang cukup besar dan daya aktivitas fotokatalitik yang tinggi pada berbagai jenis sampel pewarna bahkan senyawa organik dan anorganik.

Struktur morfologi tak beraturan atau irregular structure berukuran kecil bergabung membentuk bulky partikel umumnya sering ditemukan dalam proses sintesis kebanyakan [1-4]. Ge [2] dengan metode sintesis yang cukup sederhana yakni dengan mencampurkan prekursor Ag₃PO₄ dengan Na₂HPO₄ menghasilkan material katalis yang aktif pada sinar tampak (energi celah pita ~2,24 eV) dan daya fotokatalitik yang ditunjukkan pada aktivitas fotodegradasi rhodamin B lebih baik dibandingkan dengan metilen orange.

Gambar 1. Morfologi Ag₃PO₄ dan mekanisme fotokatalitik [1].

Starting material atau prekursor dan zat aditif dalam proses sintesis menjadi salah satu kunci penting dalam membentuk morforlogi semikonduktor Ag₃PO₄. Zheng [5] menyintesis 3 jenis struktur morfologi yang berbeda tetrahendral, rombik dodekahedral, dan kubik dengan berbagai prekursor yang berbeda.  Tetrahedral disintesis melalui percampuran antara AgNO₃ dengan H₃PO₄ dalam pelarut etanol. Rombik dodekahedral dilakukan melalui percampuran antara AgNO₃ dalam akuades dan Na₂HPO₄, sedangkan struktur kubik dilakukan dengan penambahan amonia encer kedalam larutan AgNO₃ dan kemudian selanjutnya ditambahkan larutan Na₂HPO₄ yang masing-masing membentuk endapan kuning. Baik sintesis rombik dodekahedron dan kubik, Zheng dan tim risetnya mengikuti metode sintesis pada penelitian sebelumnya [6]. Masing-masing struktur morfologi diuji dan menunjukkan struktur tetrahedral memiliki aktvitas fotokatalitik yang lebih besar dibandingkan dengan struktur lainnya (aktivitas rombik dodekahedron > kubik) pada semua sample uji pewarna metilen biru dan orange serta rhodamin B yang disebabkan energi pemukaan atau surface energy struktur tetrahedral dengan struktur kristal [111] yang lebih besar dan memungkinkannya dalam penurunan rekombinasi antara elektron dan hole. Qin dan tim risetnya [7], membandingkan rasio pelarut akuades dengan etilen glikol (EG) pada temperatur kamar. Menariknya penambahan EG yang kecil atau akuades diatas 50% menunjukkan struktur morfologi kubik dengan ukuran antara 200 nm hingga 1 µm, dispersi partikel yang baik, serta menurunnya fenomena agregasi. Meskipun semua sampel menunjukkan serapan yang baik pada rentang panjang gelombang sinar tampak, namun celah pita semikonduktor meningkat dengan semakin banyaknya penambahan etilen glikol yang mengakibatkan aktivitas fotokatalitik pada pewarna rhodamin B yang menurun secara teratur dibandingkan dengan sampel berasio H₂O:EG 90:0; 80:10 dan 60:30. Meningkatnya energi celah pita menurut Qin dapat disebabkan oleh penurunan ukuran partikel dari 1 µm ke 0,2 µm.  Bagaimanapun juga penambahan EG mampu mengubah ukuran partikel hingga skala nano meskipun tanpa disertai aktivitas fotokatalitik yang baik (ditemukan pada sampel rasion H₂O:EG 0:90; 20:70 dan 40:50). 

Yang dan tim risetnya pun [8] menunjukkan teknik fabrikasi deposisi-presipitasi dengan pembentukan struktur partikel kubik yang cukup baik hanya dengan menggabungkan antara penambahan pelarut amonia yang dikombinasikan dengan variasi pengadukan dimana pengadukan 10 menit menunjukkan penampakan ukuran partikel yang seragam dengan komposisi struktur kubik dan bundar tak beraturan. Pengadukan selama 20 menit, didominasi dengan struktur kubik berukuran lebih besar dan bundar tak beraturan yang lebih banyak, sedangkan pengadukan 20 menit hingga 30 menit menunjukkan partikel berbentuk segi tiga dan partikel kecil tak beraturan. Tentunya dalam penelitian ini struktur kubik memiliki kemampuan aktivitas yang lebih baik dibandingkan dengan struktruk irregular atau tak beraturan baik pada pewarna rhodamin B atau bahkan pada metilen biru dan orange. Penambahan amoniak sebagai zat aditif telah banyak dilakukan guna membentuk struktur kubik yang lebih baik dengan mekanisme ikatan kompleks Ag dengan gugus nitogen dari amonia dengan struktur kompleks [Ag(NH₃)₂]⁺ [6,9-10].   

Gambar 2. Ilustrasi proses pembentukan Ag₃PO₄ kubik dan partikel dari prekursor yang berbeda [10].

Daftar Pustaka

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

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

3.       S. Li, F. Teng, M. Chen, N. Li, X. Hua, K. Wang dan M. Li, 2014, Chemical Physics Letters, 601: 59-62.

4.       X. Li, K.L. Wu, C. Dong, S.H. Xia, Y. Ye, dan X.W. Wei, 2014, Materials Letters, 130: 97-100.

5.       B. Zheng, X. Wang, C. Liu, K. Tan, Z. Xie, dan L. Zheng, 2013, Journal of Materials Chemistry, 1: 12635.

6.       Y. P. Bi, S. X. Ouyang, N. Umezawa, J. Y. Cao dan J. Ye, 2012, J.Am.Chem. Soc, 133: 6490.

7.        X. Guo, C. Chen, S. Yin, L. Huang dan W. Qin, 2015, Journal of Alloys and Compounds, 619: 293-297.

8.       X. Yan, Q. Gao, J. Qin, X. Yang, Y. Li dan H. Tang, 2013, Ceramics International, 39: 9715-9720.

9.       Y. P. Bi,  H. Hu, S. Ouyang, G. Lu, J. Cao, dan J. Ye, 2012, ChemComm, 48: 3748-3750.

10.   Z. M. Yang, Y.Y Liu, L. Xu, G.F. Huang, dan W. Q. Huang, 2014, Materials Letters, 133: 139-142.