Research and Development on Nanotechnology in Indonesia, Vol.1, No.3, 2014, pp. 103-107
ISSN : 2356-3303
Sintesis dan Karakterisasi Tetra (p-metoksifenil) porfirin Menggunakan Metode Microwave-assisted Organic Synthesis (MAOS) Sebagai Kandidat Material Pemeka Cahaya padaAplikasi Dye Sensitized solar Cells Dewi Noviany1, Phutri Milana2, Tati Ciptati2, Veinardi Suendo1,3 1
Kelompok Riset Kimia Fisik, Institut Teknologi BandungJl. Ganesha 10, Bandung, Jawa Barat 40132, Indonesia 2 Kelompok Riset Organik, Institut Teknologi BandungJl. Ganesha 10, Bandung, Jawa Barat 40132, Indonesia 3 National centre of Nanotechnology, Institut Teknologi Bandung Jl. Ganesha 10, Bandung, Jawa Barat 40132, Indonesia Email:
[email protected];
[email protected] Received :12 January 2014 Accepted : 21 February 2014
ABSTRAK— Senyawa baru tetra (p-metoksifenil) porfirin (TMOPP) yang merupakan turunan dari senyawa porfirin telah berhasil disintesis dan dikarakterisasi. Melalui reaksi kondensasi pirol dan p-metoksi benzal dehid dalam suasana asam menggunakan metode Microwave-assisted Organic Synthesis (MAOS) bebas pelarut serta fasa pendukung silika gel. Waktu reaksi senyawa ini pun jauh lebih cepat dibandingkan dengan metode sebelumnya. Karakterisasi tahap awal digunakan spektroskopi UV-Vis menunjukkan pita soret pada 422nm dan pita Q pada 515, 556, 593, 650 (nm). Terjadi pergeseran daerah serapan gelombang elektromagnetik kearah panjang gelombang yang lebih tinggi dibandingkan Tetra fenil porfirin (TPP). Pergeseran daerah serapan gelombang elektromanetik ini memungkinkan TMOPP berpotensi untuk dijadikan sebagai zat pemeka cahaya pada penggunaan dye sensitized solar cell (DSSC) atau sel surya berbasis pemeka cahaya dengan efisiensi yang lebih tinggi dari TPP. Kata kunci: tetra(p-metoksifenil) porfirin, MAOS, DSSC, UV-Vis.
103 | CAS – Center for Advanced Sciences
Noviany et al., RDNI, Vol.1, No.3, 2014, pp. 103-107
PENDAHULUAN Meningkatnya pertumbuhan penduduk global menyebabkan semakin meningkatnya permintaan akan energi. Selain ketersediaan yang terbatas di alam, penggunaan sumber energy berbahan bakar fosil telah mengakibatkan pemanasan global serta pencemaran lingkungan. Hal ini memaksa peneliti untuk mencari sumber energi yang terbarukan, murah, ramah lingkungan serta dapat menopang perkembangan. Dye-sensitized solar cells (DSSC) atau sel surya berbasis pemeka cahaya telah menarik perhatian beberapa tahun terakhir [2,3]. Semenjak diperkenalkan pada tahun 1991 oleh Grätzel [2], DSSC muncul sebagai teknologi pengkonversi energy surya yang inovatif, realistis dan menjanjikan serta memberikan jalur pengembangan produksi energi yang murah, ramah lingkungan dan terbarukan. Sel surya berbasis pemeka cahaya merupakan sumber energi yang layak untuk diperhitungkan. Sebagaimana telah diketahui, sel surya memanfaatkan energy cahaya matahari dan merubahnya menjadi energil istrik yang dengan mudah dapat dimanfaatkan. Indonesia sebagai daerah tropis dimana sinar matahari dengan intensitas tinggi melimpah sepanjang tahun sangat cocok untuk pengembangan selsurya. Selama ini sel surya berbasis pemeka cahaya memanfaatkan rhuthenium polipiridil sebagai zat warna yang paling efisien sebagai pemeka cahaya, efisiensinya mencapai 11% [1], namun beracun dan kestabilannya rendah. Untuk itu dikembangkanlah zatwarna organic untuk pemeka cahaya pada selsurya seperti porfirin dan turunannya. Sebagai senyawa organik, sintesis senyawa porfirin dan turunannya dinilai lebih murah selain itu sebagai pemeka cahaya pada DSSC memiliki tingkat energi HOMO dan LUMO yang cocok, pita Soret memiliki penyerapan yang sangat kuat pada daerah 400-450 nm sama baiknyad engan pita Q pada daerah 500-700 nm, turunanporfirin ini sangat cocok sebagai pemeka cahaya pada DSSC dengan perpanjangan kojugasi elektron π [1,2]. Salah satu turunan senyawa porfirin yang dikembangkan yaitu tetra(pmetoksifenil) porfirin (TMOPP), senyawa ini memiliki ikatan rangkap terkonjugasi yang panjang dan kemampuan memanen cahaya. Sintesis TMOPP merupakan reaksi kondensasi pirol dengan p-metoksibenzaldehid menggunakan katalis asam. Semenjak ditemukano leh Fischer sekitar tahun 1920 sintesis porfirin berlangsung pada suhu tinggi, menggunakan senyawa pengoksidasi beracun untuk merubah porfirinogen menjadi porfirin [4]. Untuk mengatasi masalah ini digunakan metode Microwave-Assisted Organic Synthesis (MAOS) merupakan metode sintesis yang lebih menguntungkan dari pada metode konvensional yaitu mengurangi waktu reaksi, meningkatkan hasil reaksi, dan mengurangi penggunaan pelarut (green chemistry). Pereaksiakan bereaksi pada fasa pendukung (silika gel) daniradiasi microwave digunakan sebagai sumber energy panas [4].
104 | CAS – Center for Advanced Sciences
Noviany et al., RDNI, Vol. 1, 2014, pp. 103-107
Pada penelitian ini yang menjadi perhatian adalah sintesis TMOPP menggunakan metode MAOS yang akan dimanfaatkan sebagai pemeka cahaya pada sel surya.
BAHAN DAN METODE Bahan Bahan-bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah pmetoksibenzaldehidp.a (Merck), pirolp.a (Merck), silika gel grade 60 (Merck), etilasetatp.a (Merck), dikrolometanap.a (Merck), n-heksanap.a (Merck), kloroformp.a (Merck). Pelat KLT yang digunakan adalah pelat aluminium berlapis silika gel Merck kiesel gel 60 F254 dengan ketebalan 0,25 mm. Metode Sintesis TMOPP Sintesis TMOPP dilakukan dalam suasana asam. Sebanyak 0,43 ml p-metoksibenzaldehid dimasukkan kedalam mortar lalu ditambahkan sebanyak 2ml asam asetat glacial sambil diaduk. Selanjutnya sebanyak 0.3 ml pirol ditambahkan kedalam p-metoksibenzaldehid yang telah diasamkan. Kemudian ditambahkan sebanyak 0.63 g silika gel 60 dan diaduk sampai homogen. Setelah itu dimasukkan kedalam microwave dengan daya 100% selama 10 menit. Pemisahan TMOPP Setelah disintesis selanjutnya campuran TMOPP dipisahkan dengan cara ekstraksi. Campuran dilarutkan dalam 15 ml etilasetat lalu disaring menggunakan kertas saring. Filtrat kemudian dievaporasi sampai terbentuk endapan. Endapan yang terbentuk dilarutkan dalam 1 ml diklorometana. Larutan sampel kemudian dikarakterisasi dengan kromatografi lapis tipis (KLT) dan spektrofotometer UV-Vis. Larutan sampel ditotolkan pada plat KLT kemudian dielusi dengan eluenn-heksana: etilasetat 7:3. Setelah karakterisasi tahap awal, senyawa TMOPP dipisahkan dengan carakromatografikolom, digunakan eluenn-heksana: etilasetat 7:3 diperoleh larutan senyawa TMOPP berwarna ungu yang kemudian dievaporasi dan dilarutkan dengan kloroform sebanyak 2 ml untuk kristalisasi. Karakterisasi dengan spectrometer NMR. HASIL DAN PEMBAHASAN Pengukuran spekroskopi UV-Vis Masing-masing fraksi yang telah dipisahkan kemudian dikarakterisasi menggunakan alat spektroskopiUV-Vis. Beberapa fraksi yang berwarna ungu menghasilkan spectrum UV-Vis sebagai berikut
105 | CAS – Center for Advanced Sciences
Noviany et al., RDNI, Vol. 1, 2014, pp. 103-107
Gambar 1.SpektrumUV-Visfraksiungu Spektrum serapan UV-Vis Vis pada Gambar 1 di atas menunjukkan adanya pita Soret pada 422 nm dan pita Q pada 515, 556, 593, 650 (nm) pada daerah UV dan sinar tampak dengan kemiripan spektrum serapan fraksi warna ungu dengan TPP, maka fraksi ini dikumpulkan untuk dikarakterisasi lebih lanjut. Pengukuran spekroskopi Raman Fraksi ungu dikristalkan stalkan dan diukur menggunakan spektroskopi Raman untuk mengetahui vibrasi senyawa tersebut. PadaGambar 2 terlihat adanya vibrasiasi metris antara karbon alfa dan karbon meta pada bilangan gelombang 1550.5 cm-1, vibrasi simetris antara karbon alfa dan karbon on meta pada bilangan gelombang 1454 cm-1, vibrasi antara karbon beta dengan atom hidrogennya pada bilangan gelombang 1330,5 cm-1 vibrasi antara karbon meta dengan cincin fenil pada bilangan gelombang 1240 cm-1.
Gambar 2.Spektrum Raman Krista lungu Pengukuran spektroskopi NMR Pengukuran spekroskopi H-NMR NMR fraksi ungu murni diperoleh spektrum seperti terlihat pada Gambar 3. Pada pergeseran 8,85 ppm menunjukkan adanya HH pirol, pada pergeseran 8,1 ppm dan 7,28 ppm menunjukkan adanya H-fenil, H
106 | CAS – Center for Advanced Sciences
Noviany et al., RDNI, Vol. 1, 2014, pp. 103-107
pada pergeseran 4,1 ppm menunjukkan adanya H-metoksi. metoksi. Spektrum H-NMR H ini telah membuktikan terbentuknya senyawa TMOPP yang diinginkan.
Gambar 3. Spektrum H-NMR TMOPP KESIMPULAN Telah berhasil disintesis senyawa tetra (p-metoksifenil) metoksifenil) porfirin melalui reaksi kondensasi pirol dengan p-metoksibenzaldehid metoksibenzaldehid menggunakan metode MAOS berupa Kristal berwarna ungu. Spektrum UV-Vis Vis yang diperoleh mengindikasikan bahwa senyawa ini dapat digunakan sebagai senyawa pemeka cahaya untuk aplikasi DSSC pada rentang daerah sinar tampak. UCAPAN TERIMAKASIH Penelitian ini didukung secara financial oleh Program Riset Desentralisasi DIKTI 2013, dan Program Riset dan Inovasi ITB 2013. REFERENCES [1] Mikroyannidis, J. A., Charalambidis, G., Coutsolelo, A. G., Balraju, P., Sharma, G. D. 2012. Novel zinc porphyrin with phenylenevinylene mesomeso substituents: Synthesis andapplication in dye-sensitized sensitized solar cells. Journal of Power Sources 196:6622–6628 [2] Panda, M. K., Ladomenou, K., Coutsolelos, A. G. 2012. Porphyrins in bio-inspired transformations: Light-harvesting harvesting to solar cell. Coordination Chemistry Reviews.256. 2601– 2627 [3] Seo, K. D., Lee, M. J., Song, H. M., Kang, H. S., Kim, H. K. 2012. Novel D-p-A system based on zinc porphyrin dyes for dye-sensitized sensitized solar cells: Synthesis, electrochemical, emical, and photovoltaic properties. Dyes and Pigments94.143-149. [4] Warner, M., G. Succaw, K. Doxsee, J. hutchison. 2002. Microwave Synthesis of tetraphenylporphyrin. American Chemical society. 107 | CAS – Center for Advanced Sciences
