PENUMBUHAN NANOPARTIKEL PERAK DENGAN METODE SEED-MEDIATED GROWTH

GROWTH OF SILVER NANOPARTICLES BY USING SEED-MEDIATED GROWTH METHOD

Iwantono1*, Akrajas Ali Umar2, Rizky Ardie Yani1

1 Jurusan Fisika FMIPA Universitas Riau, Pekanbaru

email: iwan_tono@yahoo.co.uk 2 Institute of Microengineering and Nanoelectronics, Universiti Kebangsaan Malaysia

ABSTRACT

Spherical silver nanoparticles have been grown by using seed-mediated growth method onto solid substrate. The growth of silver nanoparticles was carried out using surfactant of Polyvinilpyrrolidone (PVP) with its various concentrations and ascorbic acid solution of different volume. Effect of PVP concentration and various volume of ascorbic acid was studied by using UV-Vis Spectroscopy, X-Ray Diffraction and FESEM. The UV-Vis spectra of samples showed high single absorption peak and there was tendency to obtained second peak with lower intensity. The spectra indicated the growth of silver nanoparticles with its geometrical spherical shape and tended to grow other shape. The XRD pattern of samples showed 2 peaks at 2θ = 38.117° and 44.278° which represented the growth of silver nanoparticles with their crystal orientation of (111) and (200). FESEM images of samples showed the growth of spherical nanoparticles of silver due to agglomeration process. The higher magnification of FESEM images clearly confirmed that the silver nanoparticles groups, were formed of smaller particles of nano-spherical and nano-plate of silver. FESEM analysis was also successfully measured the diameter of silver particles of about 300-650 nm.

Keywords: Silver nanoparticles, Seed-mediated growth, FESEM, XRD

ABSTRAK

Nanopartikel perak berbentuk spheris telah berhasil ditumbuhkan menggunakan metode penumbuhan melalui mediasi pembenihan (seed-mediated growth) pada substrat padat. Penumbuhan nanopartikel perak ini dilakukan dengan menggunakan Surfaktan Polyvinilpyrrolidone (PVP) dengan konsentrasi bervariasi dan larutan asam askorbit dengan volume yang berbeda. Efek dari variasi konsentrasi larutan PVP dan variasi volume larutan asam askorbit dikaji dengan menggunakan spektroskopi UV-Vis (Ultraviolet Visible), XRD (X-Ray Diffraction), dan FESEM (Field Emission Scanning Electron Microscope). Spektrum UV-Vis dari sampel memperlihatkan kemunculan puncak absorpsi tunggal yang tinggi dengan kecenderungan membentuk puncak kedua yang lebih landai. Spektrum ini mengindikasikan pada sampel tumbuh nanopartikel perak berbentuk spheris atau bulat, dan cenderung tumbuh bentuk lain. Pola XRD menunjukkan bahwa kemunculan 2 puncak XRD pada sudut 2θ = 38.117° dan 44.278° adalah merupakan representasi tumbuhnya nanopartikel perak pada substrat dengan bidang orientasi kristal (111) dan (200). Foto FESEM memperlihatkan tumbuhnya nanopartikel berbentuk spheris menggumpal yang merupakan hasil proses aglomerasi. Foto FESEM dengan pembesaran yang lebih tinggi memperlihatkan dengan jelas bahwa partikel perak yang terbentuk merupakan penggumpalan partikel-partikel yang lebih kecil yang berbentuk spheris dan lempengan kecil. Analisa FESEM juga berhasil mengukur ukuran diameter partikel, yaitu berkisar antara 300-650 nm.

Katakunci: Nanopartikel perak, Seed-mediated growth, FESEM, XRD

1. PENDAHULUAN

Nanomaterial logam telah banyak menarik peneliti karena memiliki banyak

keunggulan dan keunikan. Berbagai jenis logam dan bentuk nanomaterial telah berhasil

disentesa dan ditumbuhkan di atas substrat padat, diantaranya nanomaterial emas [1,2],

nanopartikel platinum dan palladium [3,4].Nanopartikel logam dapat dibuat dengan

menggunakan perak sebagai bahan utama di atas permukaan substrat seperti ITO.

Keuntungan penggunaan bahan utama logam mulia sebagai katalis karena memiliki tingkat

aktivitas yang tinggi, selektifitas yang baik, dan daya tahan yang baik. Nanopartikel perak

menjadi objek penelitian yang menarik para peneliti karena memiliki sifat yang luar biasa,

seperti memiliki konduktivitas yang baik, memiliki efek katalitik, dan bersifat antibakteri [5].

Nanomaterial perak dalam bentuk plat telah berhasil disintesa, dengan bentuk permukaan

yang bervariasi [6].Selain itu, nanopartikel perak telah berhasil dimodifikasi untuk

digunakan dalam berbagai bidang, seperti untuk bahan tekstil, semikonduktor serta untuk

bahan baku pembuatan nanokomposit [7].

2. METODE PENELITIAN

Bahan: Silver Nitrate-Ag[NO3] produk dari Wako Pure Chemical, Trisodium Citrate (TC)-

C6H5Na3O7 dari produk Wako Pure Chemical, Sodium Tetrahydroborate- (NaBH4) dari

produk Fluka, Ascorbic Acid-C6H8O6 dari produk Wako Pure Chemical, dan

Polyvinylpyrrolidone-PVP dari produk Sigma Aldrich.

Metode: Penumbuhan nanopartikel perak dengan teknik seed-mediated growth terdiri dari

dua langkah utama, yaitu proses pembenihan dan proses penumbuhan. Proses

pembenihan diawali dengan membuat larutan pembenih, yang merupakan campuran dari

larutan perak- AgNO3 0,01 M dan DI water; selanjutnya substrat ITO direndam ke dalam

larutan pembenih ini selama 30 menit dan saat 10 menit terakhir dicampurkan larutan

NaBH4 0,1 M kemudian didiamkan. Setelah 1 jam, sampel diangkat dari dalam larutan,

dibilas dengan DI water dan dikeringkan. Proses penumbuhan dilakukan dengan

merendam sampel yang telah dibenihkan ke dalam larutan penumbuh (campuran larutan

AgNO3, asam askorbit dan PVP), dengan konsentrasi PVP bervariasi (0,5 mM, 0,8 mM, 1

mM, 2 mM) dan variasi volume asam askorbit (0,10 mL, 0,15 mL, 0,20 mL, dan 0,25 mL).

Waktu perendaman sampel ke dalam larutan penumbuh dilakukan selama 4 jam untuk

semua sampel. Karakterisasi sampel yang digunakan adalah spektroskopi UV-Vis dengan

menggunakan Spektrofotometer UV-Visible model Lamda 900 perkin Elmer, XRD

menggunakan Difraktometer sinar-X dan FESEM dengan menggunakan FESEM yang

digunakan adalah seri SUPRA 55VP

3. HASIL DAN PEMBAHASAN

Hasil proses pembenihan nanoprtikel dapat dilihat dari berubahnya warna larutan

dari warna bening menjadi warna kuning keemasan. Adapun rekasi kimia yang terjadi

dalam proses pembenihan adalah sebagai berikut:

2NaBH4 + 2AgNO3 + 6H2O 2Ag + 2NaNO3 + 2H3BH4 + 3H2 + 3O2

Warna larutan berubah menjadi kuning emas karena partikel perak pada ukuran besar

memantulkan warna bening sedangkan pada dimensi nano memantulkan warna kuning.

Terjadi perubahan warna yang dipancarkan larutan pembenih ini dapat diartikan bahwa

telah merubah karakteristik optik dari perak dan menghasikan gelembung gas di sekitar

substrat.

Penumbuhan nanopartikel perak terjadi merupakan hasil dari reaksi antara larutan

penumbuh dengan surfaktan PVP. Asam askorbit yang dicampurkan ke dalam larutan

penumbuh bertindak sebagai pereduksi lemah yang digunakan untuk mereduksi ion Ag+

menjadi atom Ag. 0,5 mL larutan Penumbuhan nanopartikel perak dilakukan dengan

memvariasikan konsentrasi surfaktan dan volume asam askorbit. Reaksi yang terjadi pada

proses penumbuhan nanopartikel perak adalah sebagai berikut :

C6H8O6 + 2AgNO3 2Ag + C6H6O6 + 2HNO3

Spektrum absorpsi UV-Vis dari nanopartikel perak dengan variasi kosentrasi PVP

diperlihatkan pada Gambar 1.

Gambar 1. Spektrum UV-Vis dari larutan nanopartikel perak dengan variasi konsentrasi larutan PVP

Spektrum absorpsi UV-Vis dari sampel dengan variasi konsentrasi larutan PVP,

seperti yang ditunjukkan dalam Gambar 1 menunjukkan bahwa keempat sampel memiliki

0

0,05

0,1

0,15

0,2

0,25

0,3

0,35

0,4

0,45

0,5

330 370 410 450 490 530 570 610 650 690

Ab

s (a

.u)

wavelenght (nm)

PVP 0.5 mmol

PVP 0.8 mmol

PVP 1 mmol

PVP 2 mmol

puncak absorpsi single peak pada panjang gelombang hampir sama yaitu sekitar 440 nm,

kecuali sampel dengan konsentrasi larutan PVP 0,8 mM, yang puncaknya terjadi pada

panjang gelombang 460 nm. Puncak tunggal ini merepresentasikan ciri spektrum absorpsi

UV-Vis untuk nanopartikel perak spheris atau bulat yang mendominasi sampel. Untuk

sampel dengan konsentrasi PVP 1 mmol dan 2 mmol, ada kecenderungan tambahan

puncak absorpsi pada panjang gelombang sekitar 350 nm, yang diduga merupakan

representasi bentuk geometri lain dari nanopartikel perak juga tumbuh pada sampel.

Sampel dengan konsentrasi larutan PVP 0,8 mM memiliki absorbansi tertinggi dibanding

sampel lain, yaitu 0,4556 a.u., sedangkan sampel dengan konsentrasi larutan PVP 1 mol

memiliki nilai absorbansi terendah, sebesar 0,2694 a.u.

Gambar 2 memperlihatkan spectrum UV-Vis dari sampel nanopartikel perak

dengan variasi volume asam askorbit pada konsentrasi PVP 0,8 mM, yang

memperlihatkan puncak tunggal dengan intensitas tinggi muncul pada panjang gelombang

sekitar 450 nm. Sama halnya dengan Gambar 1, pada Gambar 2 juga nanopartikel spheris

diyakini merupakan bentuk geometri yang dominan tumbuh pada sampel, dengan

kecenderungan munculnya bentuk geomteri lain yang merupakan representasi puncak

rendah pada panjang gelombang 350 nm. Sedangkan intensitas absorpsi tertinggi

dihasilkan oleh sampel dengan volume asam askorbit 0,20 mL, sebesar 0,3089 a.u.

Gambar 2. Spektrum UV-Vis dari larutan nanopartikel perak dengan variasi volume asam askorbit

Pola difraksi sinar-X (XRD) dari sampel yang disiapkan dengan konsentrasi larutan PVP

0,8 mM dan volume larutan asam askorbit 0,20 mL diperlihatkan pada Gambar 3. Dapat

dilihat pada gambar tersebut, bahwa pola XRD dari sampel menghasilkan 2 puncak pada

sudut 2θ = 38.117° dan 44.278°. Hasil analisa dengan menggunakan aplikasi Eva Diffrac

Plus Evaluation memperlihatkan bahwa struktur Kristal sampel adalah fcc (faced centered

cubic) dengan parameter kisi a=b=c=4,0862 Ȧ, sedangkan kedua puncak XRD memiliki

nilai hkl (111) dan (200). Hasil analisa Eva Diffrac Plus Evaluation juga mengkonfirmasi

bahwa partikel yang tumbuh pada substrat dan partikel tersebut adalah perak dengan nomor

JCPDS (Joint Committee on Power Diffraction Standard) 00-004-0783.

Gambar 3. Spektrum XRD nanopartikel perak dengan konsentrasi larutan PVP 0,8 mM dan volume larutan asam askorbit 0,20 mL

Foto FESEM dari nanopartikel perak yang disiapkan dengan konsentrasi larutan

PVP 0,8 mM dan volume asam askorbit 0,20 mL diperlihatkan pada Gambar 4. Dari

gambar tersebut dapat dilihat dengan jelas bahwa partikel yang tumbuh berbentuk bulat

yang berkelompok membentuk kumpulan seperti rangkaian buah anggur serta berbentuk

bulat tidak sempurna. Beberapa partikel lagi tumbuh berbentuk batang dan berkelompok

dengan partikel lainnya. Ukuran partikel cukup besar dan beragam dengan kisaran 300-

650 nm. Partikel perak yang terbentuk adalah merupakan hasil proses aglomerasi dari

atom-atom perak, sehigga menghasilkan partikel berukuran cukup besar yang tersusun

dari partikel-partikel yang lebih kecil. Partikel yang lebih kecil yang cenderung

mengelompok (aglomerasi) tersebut memiliki bentuk yang agak berbeda anatar sampel

satu dengan yang lain, seperti diperlihatkan pada Gambar 5, yang memperlihatkan

kebergantungan bentuk partikel kecil pada volume asam askorbit yang dicampurkan pada

larutan penumbuh.

Gambar 4. Foto FESEM nanopartikel perak dengan konsentrasi larutan PVP 0,8 mM dan volume larutan asam askorbit 0,20 mL

Gambar 5 adalah foto FESEM dengan perbesaran 50.000 kali, keempat sampel

disiapkan pada konsentrasi larutan PVP 0,8 mM dengan variasi volume larutan asam

askorbit. Pada sampel (A) dengan volume asam askorbit 0,10 ml nanopartikel perak yang

tumbuh memiliki bentuk spheris atau bulat, sampel (B) dengan volume asam askorbit 0,15

ml partikel perak yang tumbuh memiliki bentuk spheris yang cenderung memiliki beberapa

sisi, sampel (C) dengan asam askorbit 0,20 ml, menghasilkan nanopartikel perak dengan

bentuk yang lain, yaitu nanoplate atau pelat yang teraglomerasi, sedangkan sampel (D)

dengan volume asam askorbit 0,25 ml, menghasilkan nanopartikel perak yang berbentuk

nanoplate yang tidak teraglomerasi/tergumpal. Sehingga dapat dikatakan bahwa volume

asam askorbit memiliki pengaruh dalam membentuk nanopartikel perak yang tumbuh.

Semakin besar volume asam askorbit, nanopartikel perak yang tumbuh lebih mengarah ke

bentuk nanoplate atau pelat. Asam askorbit berfungsi sebagai perekduksi dari ion Ag+

menjadi atom Ag sehingga semakin besar volume asam askorbit, maka semakin banyak

ion Ag+ yang tereduksi menjadi atom Ag karena energi ionisasi menjadi lebih kecil.

Gambar 5. Foto FESEM perbandingan pengaruh variasi volume asam askorbit terhadap bentuk nanopartikel perak

4. KESIMPULAN DAN PROSPEK

Nanopartikel perak telah dapat ditumbuhkan di atas substrat ITO dengan

menggunakan metode seed-mediated growth, dengan memvariasikan konsentrasi larutan

PVP dan variasi volume asam askorbit. Nanopartikel perak yang tumbuh memiliki bentuk

bulat (spheris) berkelompok dan ada beberapa bentuk lainnya seperti pelat (nanoplate).

Indikasi bentuk partikel perak tersebut juga didukung oleh kurva absorpsi UV-Vis yang

menghasilkan puncak tunggal mendominasi spectrum absorpsi Uv-Vis dan tambahan

puncak rendah pada beberapa sampel yang mengindikasikan terbentuknya bentuk

geomteri lain selain bentuk bulat. Ukuran partikel perak yang tumbuh adalah berkisar 300-

650 nm. Pola XRD dari sampel tersebut memiliki orientasi bidang Kristal (111) dan (200)

serta memiliki struktur Kristal Face-centered Cubic (FCC). Puncak difraksi terjadi pada

sudut 2θ pada 38.117° dan 44.278°.

Nanopartikel perak yang telah berhasil disintesis ini memiliki potensi untuk

digunakan pada beberapa aplikasi, diantaranya adalah sebagai katalis superkapasitor dan

lapisan katalis yang dilapiskan pada elektroda lawan dari sel surya fotoelektrokimia.

5. UCAPAN TERIMA KASIH

Ucapan terima kasih disampaikan kepada Direktorat Pendidikan Tinggi yang telah

mendanai riset ini lewat Hibah Kerjasama Luar Negeri (KLN) an Dr. Iwantono tahun 2015.

6. DAFTAR PUSTAKA

[1]. Umar AA, Iwantono I, Abdullah A, Mat Salleh M dan Oyama M, Gold nanonetwork film on the ITO surface exhibiting one-dimensional optical properties, Nanoscale Research Letters, 7, 252 (2012)

[2]. Iwantono, Umar AA, Taer E dan Vepy A, Synthesis and Characterization of Gold Nanoplates onto Solid Substrates by Seed-Mediated Growth Method, Materials Science Forum, Vol. 756 (2013)

[3]. Iwantono, Taer E, Umar AA, Optimation Growth of Platinum and Palladium Nanoparticles on Stainless Steel 316L and Activated Carbon Pellet Substrates, American Institute of Phsics Conf Proc. Series, Vol. 1454 (2012)

[4]. Umar AA dan Oyama M, Synthesis of Palladium Nanobricks with Atomic-Step Defects, Cryst. Growth. Des., (2006)

[5]. Köhler JM, Abahmane L, Wagner J, Albert J, Mayer G, Preparation of metal nanoparticles with varied composition for catalytical applications in microreactors”, Chemical Engineering Science 63, 10, 5048 - 5055 (2008).

[6]. Iwantono, Umar AA, Taer E, Saputrina TT, Synthesis of silver nanosheets onto solid substrates by using seed-mediated growth method, American Institute of Physics - AIP Publishing, Vol. 1554 (2013)

[7]. Cozzoli PD, Comparelli R, Fanizza E, Curri ML, Agostiano A, Laub D, Photocatalytic synthesis of silver nanoparticles stabilized by TiO2 nanorods, A semiconductor/metal nanocomposite in homogeneous nonpolar solution. 126(12):3868-3879 (2004).