BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1 Pengaruh waktu annealing terhadap diameter dan jarak antar butir katalis Au Perubahan morfologi katalis telah dilihat melalui pengujian SEM, gambar 4.1 memperlihatkan hasil dari foto SEM serta grafik distribusi ukuran dan jarak antar butir katalis Au untuk masing-masing sample yang telah dideposisikan pada suhu 3800C dengan waktu annealing 25 menit, 55 menit, serta 85 menit berturutturut. Untuk melihat pengaruh dari waktu annealing terhadap diameter dan jarak antar butir katalis, maka dilakukan perhitungan distribusi ukuran diameter butir dan jarak antar butir dengan menggunakan program origin ®8.5 untuk masingmasing sample dengan langkah kerja seperti yang sudah dijelaskan pada bab metodologi penelitian.
26
27
Value 36,2381 0,2301
80 160
120
xc w
(a)
Frekuensi
100 80 60 40 20
xc w
70 60 50
Frekuensi
Value 21,597 0,1431
140
40 30 20 10
0
0 -20 10
20
30
40
-10
50
20
Diameter butir
80
40
50
Value 41,141 0,0896
80
90
Value 63,756 0,1421
xc w
60
60
frekuensi
Frekuensi
70
100
80
(b)
60
Jarak antar butir
xc w
100
30
40
20
40
20
0
10
20
30
40
50
60
0
70
Diameter butir
0
20
40
60
80
100
120
140
Jarak antar butir
140
xc w
80 60
60
40 20 0
Value 61,458 0,3374
xc w
50
Frekuensi
(c)
Frekuensi
100
70
Value 62,472 0,2687
120
40
30
20
10
-20 0
50
100
150
Diameter butir
200
250
0 0
20
40
60
80
100
120
140
Jarak antar butir
Gambar 4.1 Hasil karakterisasi SEM pada pembesaran 100.000 kali serta grafik distribusi diameter dan jarak antar butir katalis Au dengan waktu annealing : (a) 25 menit; (b) 55 menit; (c) 85 menit.
Berdasarkan gambar 4.1 dapat terlihat jelas adanya perbedaan struktur butiran yang diakibatkan oleh pengaruh dari waktu annealing, dimana perubahan ukuran diameter dan jarak antar butir terlihat semakin membesar dan merenggang seiring dengan penambahan waktu annealing. Perubahan ukuran butir yang semakin membesar seiring dengan penambahan waktu annealing disebabkan karena adanya proses ostwald rippening, yaitu sebuah fenomena yang menggambarkan hilangnya kristal (butir/island) kecil yang terbentuk oleh sistem awal karena berdeposisi ke dalam kristal yang lebih besar. Terdeposisinya butiran yang kecil ke dalam butir yang lebih besar menyebabkan adanya daerah deplesi di
28
sekitar butiran yang lebih besar (Ng et al, 1996), hal ini menyebabkan jarak antar butir katalis menjadi semakin merenggang seiring dengan penambahan waktu annealing. Oleh karena itu, untuk meyakinkan analisis dari hasil uji SEM maka dilakukan pembuktian secara kuantitatif dengan tujuan menghitung ukuran diameter dan jarak antar butir katalis dari masing-masing sample, kemudian hasil perhitungan dari ketiga sample akan dibandingkan sehingga dapat dilihat pengaruh dari waktu annealing terhadap diameter butir dan jarak antar butir katalis. Dengan menggunakan aplikasi paint yang ada di program microsoft, data yang didapat dibuat ke dalam bentuk grafik distribusi partikel, kemudian pada program origin dilakukan fitting log normal (lampiran1). Berikut adalah tabel hasil perhitungan dari grafik distribusi ukuran diameter dan jarak antar butir katalis untuk waktu anealing yang berbeda-beda: Tabel 4.1 Ukuran diameter dan jarak antar butir katalis Waktu annealing (menit)
Diameter (nm)
Jarak antar butir (nm)
25
21
40
55
41
64
85
64
65
Dari tabel 4.1 terlihat bahwa waktu annealing memiliki pengaruh terhadap ukuran diameter dan jarak antar butir katalis, semakin lama waktu annealing maka ukuran diameter butir semakin bertambah besar serta jarak antar butir
29
semakin menjauh. Berikut ini adalah grafik hubungan antara waktu annealing terhadap diameter dan jarak antar butir katalis: 70
60
(a)
(nm)
50
40
30
20
20
30
40
50
60
70
80
90
70
80
90
t (menit)
65
(b)
<s> (nm)
60
55
50
45
40
20
30
40
50
60
t (menit)
Gambar 4.2 Grafik pengaruh waktu annealing terhadap: (a) diameter butir, (b) jarak antar butir hasil penelitian yang dibandingkan dengan grafik referensi hasil penelitian Ruffino et al.
Dari gambar 4.3 terlihat bahwa waktu annealing berpengaruh terhadap pertumbuhan butir serta jarak antar butir katalis. Berdasarkan grafik hasil penelitian dapat terlihat bahwa waktu annealing yang lama akan membuat pertumbuhan ukuran butir semakin besar serta jarak antar butir yang semakin jauh, hal ini sesuai dengan persamaan: n – n = K*t
30
dimana K sebagai konstanta diffusi yang bergantung terhadap suhu annealing sedangkan t adalah waktu annealing. Sementara itu terdapat perbedaan analisis pada gambar 4.3 a dengan gambar 4.3 b, dimana terlihat bahwa grafik yang menggambarkan jarak antar butir lebih cepat jenuh dibandingkan dengan grafik yang menggambarkan nilai ukuran butir. Hal ini dikarenakan ukuran butir yang diperoleh pada penelitian ini relatif besar sehingga butiran-butiran katalis dengan cepat memenuhi luas permukaan substrat dan mengakibatkan jarak antar butir menjadi semakin cepat jenuh atau tidak dapat bertambah jauh lagi jaraknya, dengan kata lain katalis sudah semakin rapat. Sehingga karena alasan semakin rapat itulah jarak antar butir menunjukkan perubahan yang tidak begitu signifikan untuk penambahan waktu yang cukup lama.
4.2 Komposisi katalis Au Komposisi katalis Au dapat diketahui dengan cara melakukan uji EDX, berikut ini adalah hasil EDX dari ketiga sample hasil penelitian dengan grafik EDX terlampir (lampiran 2) : Tabel 4.2 Data komposisi katalis Au hasil penelitian
Element
Mass% (25 menit)
Mass% (55 menit)
Mass% (85 menit)
OK
1,38
3,77
0,88
Si K
96,01
95,86
95,75
Au M
2,62
0,37
3,37
31
Analisis untuk tabel 4.3 dapat dilihat bahwa ketiga sample memiliki persen massa Au yang sangat kecil dibandingkan dengan Si, hal itu mengindikasikan lapisan katalis Au yang terbentuk sangat tipis. Kehadiran Oksigen untuk ketiga sample dengan persen massa yang sangat kecil menyatakan adanya oksidasi pada sample, walaupun pada hasil EDX tidak dimunculkan compound yang terbentuk tetapi tidak mungkin oksigen yang muncul tidak berikatan dengan salah satu unsur atau berdiri sendiri. Kemungkinan yang dapat diambil dari keadaan ini adalah adanya oksigen yang berikatan dengan Si sehingga membentuk compound SiO2 hanya saja hasilnya tidak dimunculkan.
4.3 Pengaruh waktu annealing terhadap penumbuhan katalis dilihat dari hasil puncak XRD Tujuan dilakukannya uji XRD adalah untuk mengetahui adanya kadungan Au pada sample, yang akan dianalisis dengan membandingkan XRD substrat tanpa Au terhadap sample yang telah ditumbuhkan katalis Au diatasnya. Untuk membandingkan sample dan substrat kosong (tanpa Au), perlu dilakukan penggambaran ulang grafik hasil XRD menggunakan program origin agar puncak-puncak yang akan dibandingkan lebih terlihat jelas. Origin yang digunakan untuk menganalisis adalah seri origin®8.5, dimana 2θ sebagai sumbu x dan intensitas (counts) sebagai sumbu y. Data yang digunakan adalah data XRD substrat kosong dan data dari XRD sample yang diteliti. Cara menggunakan origin untuk menganalisis puncak adalah dengan melakukan pengubahan skala pada sumbu x dan sumbu y sehingga puncak-
32
puncak yang lebih kecil dapat terlihat jelas (Tatik, 2010). Berikut ini adalah
0
10
20
30
40
50
60
10
30,335 33,000 20
30
70
0
10
20
30
40
2
50
60
70
50
69,120 69,380
60
70
Grafik XRD Sample untuk Annealing 85 Menit
3000 2800 2600 2400 2200 2000 1800 1600 1400 1200 1000 800 600 400 200 0 -200 -400 -600 -800 -1000
32,940
counts
30,160
56,365 61,675 66,515 66,980
Grafik XRD Sample untuk Annealing 55 Menit
14,840 15,085 20,650
counts
2
3000 2800 2600 2400 2200 2000 1800 1600 1400 1200 1000 800 600 400 200 0 -200 -400 -600 -800 -1000
40
2
54,495 56,295 61,120 61,675 66,500 69,150 68,780 66,945 69,045
0
61,685 66,63066,500
Grafik XRD Sample untuk Annealing 25 Menit
3000 2800 2600 2400 2200 2000 1800 1600 1400 1200 1000 800 600 400 200 0 -200 -400 -600 -800 -1000
10,640 14,885 15,120
counts
29,216 34,151
61,623 66,448 67,300 69,691
Grafik XRD Substrat
3000 2800 2600 2400 2200 2000 1800 1600 1400 1200 1000 800 600 400 200 0 -200 -400 -600 -800 -1000
9,713
counts
gambar grafik hasil pengolahan dengan program origin.
0
10
20
30
40
2
Gambar 4.3 Grafik puncak XRD substrat dan sample
50
60
70
33
Dari grafik hasil XRD sample terlihat puncak-puncak baru yang muncul dimana sebelumnya tidak terdapat pada grafik XRD substrat, maka kemunculan puncak itu berdasarkan hasil EDX merupakan puncak dari material Au atau bisa juga puncak dari compound SiO2. Pada waktu annealing 85 menit terdapat puncak dengan 2theta 54,495 dan 56,295 dimana puncak ini juga muncul pada waktu annealing 55 menit, dengan menyamakan nilai puncak pada kartu JCPDS (Joint Committe on Powder Difraction) no.5-0490 ternyata didapatkan hasil bahwa puncak itu adalah puncak SiO2. Kemunculan compound SiO2 mengindikasikan adanya oksidasi pada sample dan sekaligus memperkuat hasil dari karakterisasi EDX yang telah dilakukan sebelumnya. Sedangkan untuk puncak Au pada gambar 4.4, diduga adalah puncak yang berada pada 2 theta 14 dan 15 dimana sebelumnya puncak itu tidak didapatkan pada substrat. Pada waktu 25 dan 55 menit, puncak itu munjukkan peningkatan intensitas dengan begitu dugaan puncak itu sebagai puncak dari Au semakin kuat karena berarti hal ini sesuai dengan hasil SEM untuk ukuran butir yang semakin besar seiring penambahan waktu annealing, namun demikian pada waktu annealing 85 menit puncak itu tidak ditunjukkan lagi walaupun sebelumnya pada hasil SEM untuk kesemua sample telah muncul gambar butiran Au dan pada hasil EDX juga untuk semua sample didapatkan komposisi Au. Berdasarkan hasil SEM dan EDX itulah, maka ketidakmunculan puncak Au pada waktu 85 menit, tidak bisa dikatakan bahwa sample tidak berkatalis, akan tetapi mungkin karena ketika uji XRD sample dengan waktu 85 menit telah rusak dan seharusnya dilakukan pengujian ulang
34
akan tetapi pada penelitian ini pengujian ulang tersebut tidak dapat dilakukan karena sample sudah tidak tersedia lagi.
