Sintesis Oksida Terner Mg-Nb-O Yonathan Kandake, Aep Patah* Program Studi Kimia, Institut Teknologi Bandung (email:
[email protected]) ABSTRAK Oksida terner adalah oksida yang terdiri atas dua kation logam dan oksigen. Oksida terner fasa Mg3Nb6O11 dapat dikembangkan sebagai katalis pada material penyimpan hidrogen, sedangkan fasa MgNb2O6 dan Mg4Nb2O9 banyak dikembangkan sebagai material dielektrik microwave. Metoda sol-gel digunakan untuk mensintesis oksida terner Mg-Nb-O yang diawali dengan pembentukan kompleks [Mg3(ndc)3(dmf)2(CH3OH)(H2O)](dmf). Pembentukan kompleks dilakukan dengan mencampurkan 2 mmol Mg(NO3)2.6H2O dan 1,4 mmol asam 2,6-naftalendikarboksilat dengan 40 mL pelarut DMF dan CH3OH (50:50). Campuran dalam autoclave dipanaskan selama 24 jam pada suhu 1100C. Sekitar 0,2 g NbCl5 ditambahkan pada senyawa kompleks yang dihasilkan yang kemudian dikalsinasi pada suhu 200, 350, 500, 700 dan 10000C. Senyawa kompleks [Mg3(ndc)3(dmf)2(CH3OH)(H2O)](dmf) dikarakterisasi menggunakan spektroskopi infra merah (FTIR) dan X-Ray Powder Diffraction (XRD). Perubahan fasa mulai teramati pada difraktogram XRD untuk suhu kalsinasi 5000C. Oksida terner yang terindentifikasi adalah MgNb2O6 (16,05% w/w), Mg3Nb6O11 (52,22% w/w) dan Mg4Nb2O9 (10,35% w/w), sedangkan sisanya adalah Nb2O5(6,37% w/w ), MgO(14,98% w/w). Kalsinasi pada suhu 7000C menyebabkan MgO habis bereaksi menghasilkan MgNb2O6 (50,37% w/w), Mg3Nb6O11 (14,75% w/w) dan Nb2O5 (34,88% w/w). Kalsinasi lebih lanjut pada suhu 10000C hanya menghasilkan MgNb2O6 (84,95% w/w) dan Mg4Nb2O9 (15,05% w/w). Dapat disimpulkan, oksida terner Mg3Nb6O11 terbentuk pada suhu kalsinasi sekitar 500oC , sedangkan untuk oksida terner MgNb2O6 dan Mg4Nb2O9 secara optimal terbentuk pada suhu kalsinasi diatas 7000C. Kata kunci : Oksida terner Mg-Nb-O, MgNb2O6, Mg3Nb6O11, Mg4Nb2O9 ,sol-gel , material penyimpanan hidrogen. 1. Pendahuluan Ketergantungan dunia terhadap energy tak terbarukan yang semakin hari semakin meningkat dan polusi udara yang dihasilkan mendorong penelitian untuk menciptakan energi baru yang terbarukan dan ramah lingkungan. Hidrogen sebagai salah satu energy terbarukan yang menjanjikan dan tanpa emisi. Persoalan yang dihadapi dalam
penggunaan gas hydrogen sebagai energy terbarukan
teletak
pada
media
penyimpanannya. Logam ringan seperti magnesium memiliki potensi besar dalam hal ini dalam bentuk MgH2. Pada proses desorpsi hydrogen dalam MgH2 dibutuhkan katalis yang memadai sehingga dapat meningkatkan proses desorpsi hydrogen [1]. Pada penelitian yang dilakukan terbentuk logam oksida terner yang memberikan nilai
desorpsi yang sangat baik. Senyawa ini
pelarut DMF dan CH3OH (50:50). Campuran
adalah Mg-Nb-O yang berpeluang menjadi
dalam autoclave dipanaskan selama 24 jam
katalis yang membantu dalam proses
pada
desorpsi
kompleks[Mg3(ndc)3(dmf)2(CH3OH)(H2O)](d
hydrogen.
Telah
dilaporkan
1100C
suhu
Setelah
beberapa oksida terner Mg-Nb-O antara
mf)
lain MgNb2O6, Mg4Nb2O9, Mg3Nb6O11 ,
dicampurkan dengan NbCl5 yang dilarutkan
Mg5Nb4O15 [3]. Diantara oksida terner Mg-
dalam
Nb-O , Mg3Nb6O11 aktif secara reversible
kemudian
pada proses sorpsi hydrogen[1,3] . Sintesis
menggunakan
dengan
sol-gel
sampai seluruh pelarut menguap dan
dipilih untuk mendapatkan hasil yang murni
membentuk gel. Kemudian disimpan dalam
dan murah dalam segi ekonomi.
desikator yang dialiri
menggunakan
metode
tersebut
[2].
dihasilkan,
dicloro
kemudian
methane
.Campuran
dipanaskan
dengan
hotplate
sambil
diaduk
gas Nitrogen lalu
dikasinasi dengan rentang suhu 200, 350, 2.Eksperimen
500, 700 dan 10000C.
2.1 Material
2.3 Karakterisasi
Kompleks
Kompleks
[Mg3(ndc)3(dmf)2(CH3OH)(H2O)](dmf)
[Mg3(ndc)3(dmf)2(CH3OH)(H2O)](dmf)
diperoleh dari hasil sintesis menggunakan
yang dihasilkan dikarakterisasi dengan
garam Mg(NO3)2.6H2O dan asam 2,6-
menggunakan
naftalendikarboksilat dalam pelarut DMF
merah (IR) , sebelumnya dilakukan
dan CH3OH (50:50) , NbCl5 diperoleh secara
pengukuran IR terhadap NDC saja untuk
komersial (99% Sigma Aldrich ) dan pelarut
membandingkan hasil yang didapat
DCM (99% Merck).
sebagai referensi.
2.2 Metodologi Sintesis Oksida Terner Mg-Nb-O dilakukan dengan mensintesis senyawa kompleks [Mg3(ndc)3(dmf)2(CH3OH)(H2O)](dmf)
terlebih dahulu dengan mencampurkan 2 mmol Mg(NO3)2.6H2O dan 1,4 mmol asam 2,6-naftalendikarboksilat dengan 40 mL
spektroskopi
infra
Oksida terner yang dihasilkan dengan variasi
200,350,500,700,1000oC
suhu
dikarakterisasi
dengan
difraksi
yang ditandai dengan bergesernya puncak vibrasi
C=O
dimana
puncak
bilangan
menggunakan
gelombang pada C=O memberikan signal
X.
kuat pada bilangan gelombang antara 1780-
sinar
1650. 3.2 Analisi Difraksi Sinar-X (XRD) Pada gambar.2 dapat dilihat bahwa Hasil
karakterisasi
dengan
menggunakan
difraksi sinar-X (XRD) pada variasi suhu 200,
350,
1000oC
500,700,dan
menunjukkan tahap perubahan dimana oksida terner masih belum terbentuk Hasil
karakterisasi
dengan
pada suhu 200 dan 350oC (amorf).
menggunakan difraksi sinar-X (XRD)
Oksida terner mulai terbentuk pada
dibandingkan dengan database XRD
suhu
untuk
kristalin pada suhu yang lebih tinggi
oksida
terner
dengan
fasa
500oC
dan
sifatnya
semakin
MgNb2O6, Mg3Nb6O11, Mg4Nb2O9., untuk
yaitu pada suhu 700 dan 1000oC.
mengetahui
Hasil pengukuran pada berbagai variasi
fasa–fasa
oksida
yang
terbentuk.
suhu menunjukkan adanya perbedaan fasa oksida terner yang terbentuk. Untuk itu
3. Hasil dan Pembahasan
dilakukan penentuan % komposisi dengan
3.1 Analisis spektroskopi IR
cara membandingkan integral luas area
Pada karakterisasi dengan menggunakan
puncak tertinggi dari fasa yang didapatkan.
spektroskopi
infra
merah
(IR)
dalam
gambar. 1 terlihat adanya pergeseran ke kanan
puncak
pengukuran
karbonil
pada
hasil
kompleks
[Mg3(ndc)3(dmf)2(CH3OH)(H2O)](dmf)
yang
terbentuk. Terlihat adanya puncak pada bilangan gelombang 1557, diprediksi telah terjadi ikatan antara atom Mg dengan ndc
Pada suhu 200 dan350oC didapatkan hasil
amorf, dimana belum ditemukan fasa
Mg3Nb6O11 lebih sulit terbentuk karena
oksida terner , pada suhu 5000C didapatkan
bentuk
hasil telah terbentuknya oksida terner Mg-
lebih…..dibandingkan
Nb-O dengan fasa oksida terner MgNb2O6
struktur kristal MgNb2O6. Pembentukan fasa
(16,05%), Mg3Nb6O11 (52,22%)dan sisanya
oksida terner Mg3Nb6O11
oksida Nb2O5 (6,47%)dan MgO(14,98%)
keadaan khusus yaitu keadaan defisiensi
yang belum bereaksi menjadi oksida terner.
oksigen,
Kenaikan suhu mempengaruhi hasil yang
dapatkan dengan mengatur jumlah oksigen
didapatkan dimana pada suhu 7000C , hasil
pada saat kalsinasi. Pada pembentukan fasa
yang
ini terbentuk juga senyawa NbO yang akan
oksida
didapatkan terner
menunjukkan yang
bahwa
terbentuk
lebih
struktur
dimana
kristalnya dengan
fasa
yang bentuk
memerlukan
ini
dapat
kita
berekasi menghasilkan fasa ini.
kristalin.Pada kalsinasi suhu ini , terbentuk
Persamaan reaksi pembentukan oksida
oksida
terner Mg-Nb-O adalah dengan bereaksinya
terner
Mg-Nb-O
dengan
fasa
MgNb2O6 (50,37%)dan Mg3Nb6O11 (14,75%)
prekursor
dan masih adanya
oksida Mg, dan Nbcl5 mengahasilkan oksida
Nb2O5 (34,88%)yang
belum bereaksi. Fasa Mg4Nb2O9 tidak
kompleks
Mg
menghasilkan
niobium.
o
terindentifikasi pada suhu kalsinasi 700 C dimana Mg4Nb2O9 dapat bereaksi kembali
4.Kesimpulan
dengan Nb2O5 pada suhu kalsinasi yang
Hasil dari sintesis yang dilakukan mulanya
tinggi menghasilkan fasa MgNb2O6. Sehingga
menggunakan
diperoleh hasil % komposisi MgNb2O6 yang
umumnya
meningkat (50,37%).
penanganan bahan yang sangat reaktif
Kemudain pada suhu kalsinasi 1000oC
terhadap udara dan air. Oleh karena itu
didapatkan puncak oksida terner Mg-Nb-O
dibuat terlebih dahulu senyawa kompleks
yang teramati adalah fasa MgNb2O6 dan
Mg(NDC)
Mg4Nb2O9.
ini
dengan NbCl5 dalam pelarut DCM untuk
didapatkan intensitas dan % komposisi dari
kemudian dikalsinasi menjadi oksida terner
fasa MgNb2O6 yang sangat besar(84,95%)
Mg-Nb-O.
dan fasa Mg4Nb2O9 (15,05%) , hal ini
Hasil yang didapatkan oksida terner Mg-Nb-
dikarenakan pembentukan oksida terner
O berhasil antara lain MgNb2O6 dan
Mg-Nb-O lebih mudah membentuk fasa
Mg3Nb6O11, dengan persentase mayoritas
MgNb2O6. Oksida terner fasa Mg4Nb2O9 dan
MgNb2O6 yang terbentuk. Suhu kalsinasi
Pada
suhu
kalsinasi
sulit
metoda
sol
dilakukan
gel
pada
dikarenakan
yang kemudian direaksikan
pada
sintesis
oksida
terner
sangat
improved citrate sol-gel technique
berpengaruh dimana pada suhu tinggi ,
.J
lebih banyak precursor yang bereaksi
50:348–352
membentuk produk, sedangkan pada suhu rendah
didapatkan
produk
5.
dengan
Sol-Gel
Sci
Technol (2009)
Te-Hua Fang , Yu-Jen Hsiao , YeeShin Chang , Liang-Wen Ji , Shao-
pengotor berupa niobium oksida dan
Hui
Kang.
Luminescent
and
magnesium oksida yang belum bereaksi
structural properties of MgNb2O6
membentuk oksida terner.
nanocrystals. Current Opinion in Solid State and Materials Science
Daftar Pustaka 1.
12 (2008) 51-54
Patah A, Takasaki A, Szmyd JS. Influence
of
2.
Wang, Hang Yang, Zhongmin Gao,
the
Benxian Li, Dapeng Xu, Zhanhui
sorption kinetics of MgH2. Int J
Ding, Xiaoyang Liu. Optical floating
Hydrogen Energy 2009;34:3032-7.
zone
Irena
photoluminescence
addition
Senkovska,
on
Julia
Fritsch,
growth
and
property
of
MgNb2O6. Journal of Alloys and
Magnesium-Based Metal–Organic
Compounds 509 (2011) L263-266 7.
Zhi, F.F., Liu, P., Xiao, M.C., Jian,
Naphthalenedicarboxylate) Eur. J.
L.M., Zhang, H.W. (2010), Low-
Inorg. Chem. 2007, 5475–5479
temperature
M.W. Rahman , S. Livraghi , F. Dolci
Mg4Nb2O9 nanopowders by high-
,
Giamello.
energy ball-milling method. Journal
Hydrogen sorption properties of
of Alloys and Compounds, 493,441-
Ternary
44
M.
Baricco
synthesized
,
E.
MgNbO by
phases solidestate
reaction.International journal of hydrogen Energy 2011; 36 : 79327936 4.
method
Stefan Kaskel. New Polymorphs of
Frameworks Mg3(ndc)3 (ndc = 2,6-
3.
Liang Li , Guanlin Feng, Dejun
oxide
(Cr2O3/Nb2O5)
multiple
6.
Y.C.Zhang ,X. Zhou ,Xiu Wang. Synthesis
of
MgNb2O6
nanocrystalline powders by an
synthesis
of
