Sintesis Hidrotermal Nanoflakes Grafena Oksida Tereduksi Berhias Perak (rGO) dengan Aktivitas Fotokatalitik Efektif untuk Pengolahan Air Limbah
Abstrak
Graphene oxide (GO) diperoleh melalui metode hummers yang dimodifikasi, dan graphene oxide (rGO) tereduksi diperoleh dengan menggunakan perlakuan panas. Berbagai konsentrasi (2,5, 5, 7,5, dan 10 wt. %) perak (Ag) digabungkan dalam nanosheet GO dengan mengadopsi pendekatan hidrotermal. Fotokatalis rGO rGO hasil sintesis Ag/rGO dikarakterisasi menggunakan difraksi sinar-X (XRD) untuk menentukan kemurnian fasa dan struktur kristal. Pola XRD menunjukkan pembentukan GO menjadi Ag/rGO. Getaran molekul dan gugus fungsi ditentukan melalui Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR). Sifat optik dan penurunan celah pita dengan penyisipan Ag dikonfirmasi dengan spektrofotometer UV-Visible (Uv-Vis) dan photoluminescence (PL). Sifat elektronik dan kelainan pada struktur karbon diselidiki melalui spektroskopi Raman yang mengungkapkan keberadaan pita karakteristik (D dan G). Morfologi permukaan sampel yang disiapkan diperiksa dengan mikroskop elektron pemindaian emisi lapangan (FESEM). Distribusi homogen, ukuran, dan bentuk bulat NP Ag di atas lembaran rGO dikonfirmasi lebih lanjut dengan bantuan mikroskop elektron transmisi resolusi tinggi (HR-TEM). Degradasi zat warna sampel yang didoping dan tidak didoping diperiksa melalui spektrum Uv-Vis. Hasil eksperimen menunjukkan bahwa aktivitas fotokatalitik Ag@rGO meningkat dengan meningkatnya rasio doping karena berkurangnya rekombinasi pasangan elektron-lubang. Oleh karena itu, disarankan agar Ag@rGO dapat digunakan sebagai fotokatalis yang bermanfaat dan unggul untuk membersihkan lingkungan dan air limbah.
Pengantar
Air di bumi mirip dengan darah dalam tubuh kita. Ini adalah bahan sumber daya kunci untuk kelangsungan hidup dan pengembangan semua spesies hidup. Meskipun 71% permukaan bumi tertutup air, hanya 0,03% dari total air yang dianggap sebagai air tawar yang dapat langsung dimanfaatkan oleh manusia melalui danau air tawar, sungai, dan air tanah dangkal [1]. Dalam beberapa dekade terakhir, ketersediaan air minum bersih yang tidak memadai telah menjadi perhatian global yang tak henti-hentinya. Pesatnya pertumbuhan penduduk dunia dan industrialisasi telah menyebabkan meningkatnya pencemaran lingkungan, sehingga sekitar 750 juta orang menghadapi kekurangan akses terhadap air bersih [2, 3]. Waduk air secara berulang terkontaminasi oleh berbagai polutan berbahaya yang mengandung ion logam berat, pewarna, minyak, dan bahan kimia lainnya yang dilepaskan dari berbagai penyamakan kulit dan industri yang terkait dengan tekstil, karet, kertas, kosmetik, pencelupan, plastik, dan makanan [4]. Menurut laporan Bank Dunia, 17-20% pencemaran air dipicu oleh industri tekstil. Setiap tahun ~ 1/10 juta jenis pewarna diproduksi dalam berbagai proses tekstil, di antaranya pewarna biru metilen (MB) 10-15% langsung dilepaskan dalam limbah. Polutan ini menciptakan masalah kesehatan yang serius seperti kanker, iritasi kulit, alergi, dan gangguan fungsi hati dan juga berbahaya bagi kehidupan akuatik [4, 5].
Untuk mengatasi masalah global ini, pendekatan pengobatan konvensional tertentu seperti pertukaran ion, elektrolisis, filter karbon, koagulasi kimia, metode biologis, filtrasi membran, dan reverse osmosis (RO) digunakan. Namun demikian, serangkaian kelemahan dan keterbatasan terkait dengan teknik ini termasuk ketidakmampuan, prosedur yang rumit, pembentukan lumpur yang tinggi, biaya implementasi dan operasional yang tinggi, dan penggunaan energi dalam jumlah besar [4, 6, 7]. Oleh karena itu, perlu dikembangkan teknologi yang efisien dengan sifat-sifat tersebut di atas; di antara teknik-teknik tersebut, fotokatalisis mengatasi kekurangan maksimum.
Sampai saat ini, degradasi fotokatalitik menggunakan bahan nano semikonduktor anorganik telah menunjukkan keinginan dan minat yang besar bagi para peneliti karena sifat fisik dan kimianya yang sangat baik seperti toksisitas rendah, stabilitas elektrokimia, kapasitas super oksidatif, efektivitas biaya, dan kelayakan lingkungan [2, 8, 9] ]. Selama proses fotokatalitik (PC), bahan nano menyerap energi cahaya tampak yang lebih besar daripada eksitasi yang dimulai celah pita antara pita valensi dan konduksi. Melalui pemisahan muatan, pasangan elektron-lubang dihasilkan. Radikal bebas (OH) mengoksidasi senyawa organik dan mendegradasi kontaminan [8, 10].
Di sisi lain, beberapa faktor penting sangat penting untuk menentukan kinerja PC, khususnya luas permukaan fotokatalis karena polutan organik terdegradasi terutama pada permukaan semikonduktor. Kehadiran kapasitas penyerapan cahaya yang kuat, tingkat redoks antarmuka yang cepat, di antara berbagai struktur nano; struktur nano dua dimensi (2D) cenderung mencapai fitur ini lebih efisien [11,12,13,14]. Nanomaterial 2D juga menawarkan saluran transportasi elektron karena berkurangnya persimpangan dan batas butir berbeda dengan nanocrystals sferis lainnya. Pengangkutan elektron yang cepat mengurangi tingkat rekombinasi dan meningkatkan kinerja degradasi PC. Jadi pada baris ini, graphene oxide (GO) adalah kandidat yang cocok untuk mendukung efisiensi PC semikonduktif [15,16,17,18].
Dalam beberapa dekade terakhir, selain CNT dan nanomaterial berbasis karbon lainnya, graphene dengan nanosheet setebal atom tunggal muncul sebagai kandidat yang menarik dengan berbagai sifat relevan yang menjanjikan termasuk konversi energi, penyimpanan, dan aktivitas katalitik [19, 20,21]. Dalam studi tentang pengolahan air dan distilasi, karena sejumlah besar elektron terdelokalisasi terkonjugasi dalam sp
2
konfigurasi jaringan karbon, karbon grafit memperkaya pengangkutan foto-elektron dan secara signifikan meningkatkan efisiensi konversi foto sistem. Selain itu, GO menunjukkan kemampuan penyerapan bahan organik yang tinggi dalam media berair [22, 23]. GO dan graphene oxides (rGO) tereduksi menghasilkan reaksi PC dan, karena celah pita yang sempit, dipromosikan sebagai fotokatalis semikonduktor aktif cahaya tampak. Namun demikian, ruang untuk perbaikan hadir karena konversi foto ditemukan buruk disebabkan oleh rekombinasi cepat pasangan elektron-lubang di permukaan.
Efisiensi konversi foto dari fotokatalis berdasarkan GO/rGO dapat ditingkatkan dengan mencegah rekombinasi lubang elektron. Untuk mencapai tujuan ini, modifikasi permukaan dikembangkan dengan baik dengan ion logam mulia termasuk platinum (Pt), paladium (Pd), perak, dan nanopartikel emas (NP). Perak di antara logam mulia yang paling banyak dipelajari dianggap sebagai kandidat yang mungkin untuk modifikasi graphene dan analognya untuk relevansi PC karena biayanya yang rendah, sifat optik yang tak tertandingi, stabilitas kimia yang lebih tinggi, dan sifat tidak beracun. Lebih banyak imobilitas nanopartikel perak yang didekorasi pada rGO diakui sebagai peningkatan kinerja, terutama karena peningkatan area reaktif dan pemisahan muatan yang unggul. Agregasi elektron yang unik dan sifat transportasi GO melalui skema terkonjugasi mendorong elektron panas ke situs reaktif dan menekan rekombinasi [23]. Akibatnya, atas nama manfaat tersebut di atas, kami bertujuan untuk mensintesis rasio yang berbeda dari konten Ag (2,5, 5, 7,5, 10) berat % dengan fotokatalis rGO melalui rute hidrotermal untuk memeriksa efisiensi fotokatalis dan juga sampel yang disiapkan akan dikarakterisasi melalui beberapa teknik untuk dipelajari sifat optik dan elektronik struktural.
Metode
Penelitian ini bertujuan untuk mensintesis berbagai konsentrasi Ag ke dalam nanosheet rGO melalui rute hidrotermal untuk menyelidiki efisiensi fotokatalis.
Materi
Grafit (99%) dan natrium nitrat (NaNO3 ) 99,9% diperoleh dari “Sigma-Aldrich”, sedangkan asam sulfat (H2 JADI4 , 37%) dan asam fosfat (H3 PO4 ) diperoleh dari "Analar." Perak (Ag, 99,8 %), kalium permanganat (KMnO4 , 99 %), dan asam klorida (HCL) diperoleh dari “Merck.” Semua bahan kimia digunakan tanpa pemurnian lebih lanjut.
Sintesis GO
Metode hummer yang dimodifikasi diadopsi untuk mendapatkan GO. Grafit (5 g) dan NaNO3 (2,5 g) dicampur dalam H2 JADI4 (108 ml) dengan 12 ml H3 PO4 . Campuran diaduk secara magnetis dalam penangas es selama 10 menit; larutan filtrat lebih lanjut dikeringkan dalam tungku meredam pada 60 °C selama 2 h untuk menghilangkan kelembaban. Nanti, KMnO4 (15 g) ditambahkan perlahan-lahan pada suhu yang dipertahankan di bawah 5 °C. Suspensi dipindahkan ke penangas es selama 2 jam setelah pengadukan kuat pada 98 ° C selama 60 menit sementara air ditambahkan terus menerus. Air deionisasi lebih lanjut ditambahkan sampai volume suspensi 400 ml setelah 5 menit H2 O2 (12 ml) dicampur. Akhirnya, suspensi disentrifugasi dan dicuci berulang kali dengan air dan produk HCL dikeringkan pada 60 °C dan pH GO ditemukan 5,7 setelah dicuci seperti yang diilustrasikan pada Gambar. 1 [24, 25].
Proses sintesis untuk GO dan rGO yang didoping Ag
Sintesis Ag/rGO
rGO diekstraksi dari GO dengan reduksi termal GO telah direduksi dengan menjaganya pada suhu reduksi (300 °C) perubahan suhu yang tiba-tiba menyebabkan eliminasi gugus fungsi dan atom oksigen dari bidang karbon dan pengelupasan GO terjadi untuk menghasilkan rGO [ 26]. rGO dapat dianggap sebagai graphene yang diturunkan secara kimia, yang strukturnya bervariasi dari satu lapisan hingga multilayer [27]. Ag-doped rGO dengan berbagai rasio konsentrasi disintesis secara hidrotermal, menggunakan 800 mg GO nanosheets yang digabungkan dengan (25, 50, 75, dan 100 mg) Ag dalam 80 ml air deionisasi di bawah pengadukan yang kuat selama 20 min. Solusinya kemudian disentrifugasi (30 min) dan kemudian dipindahkan ke autoklaf 100 ml berlapis Teflon, disegel, dan dipanaskan pada 200 °C (24 h). Produk akhir dikeringkan pada ~ 200 °C seperti yang ditunjukkan pada Gambar 1 [9].
Aktivitas Fotokatalitik
Aktivitas fotokatalitik produk olahan dievaluasi dengan degradasi metilen biru sintetis (MB) dalam media berair seperti yang ditunjukkan pada Gambar. 2. Pewarna (5 mg/500 ml) dibuat dengan suspensi 10 mg fotokatalis (0,025:1, 0,050:1, 0,075:1, dan 0,1:1) di bawah pengadukan (5 min) dan terpapar gelap selama 30 min untuk mencapai absorbansi yang signifikan. 60 ml larutan siap dengan pengadukan kuat dipindahkan ke foto-reaktor di bawah lampu merkuri (400 W dan 400-700 nm) yang digunakan sebagai sumber cahaya tampak. Setelah paparan cahaya untuk interval waktu tertentu (20 min), suspensi (3 ml) dikumpulkan untuk menentukan degradasi pewarna. Konsentrasi/absorbansi MB diperiksa dengan spektrometer UV-Vis; efisiensi penghilangan warna dari fotokatalis yang disiapkan dievaluasi sebagai:
Mekanisme fotokatalitik untuk degradasi pewarna dengan adanya Ag/rGO
dimana Co adalah absorbansi pada t =0 dan C adalah absorbansi pada waktu t (interval waktu tertentu) [8, 10].
Mekanisme degradasi fotokatalitik molekul organik dijelaskan sebagai berikut (Gbr. 2). Ketika fotokatalis (Ag/rGO) disinari dengan foton yang energinya sama atau lebih besar dari energi celah pita PC, maka elektron (e
−
) bersemangat dari pita valensi (VB)
Elektron yang dihasilkan melalui penyinaran dapat dengan mudah ditangkap oleh O2 molekul yang diserap pada permukaan fotokatalis (PC) atau O2 . yang terlarut menghasilkan radikal superoksida, yaitu O2
•−
Jadi, O2
•−
dapat bereaksi dengan H2 O untuk menghasilkan radikal hidroperoksi (H2 O
•
) dan radikal hidroksil (OH
•
), yang merupakan oksidator berpengaruh yang menguraikan molekul organik:
Secara bersamaan, lubang fotogenerasi dapat terperangkap oleh gugus hidroksil permukaan (H2 O) pada permukaan fotokatalis untuk menghasilkan radikal hidroksil (OH
•
):
Akhirnya, molekul organik akan dioksidasi untuk menghasilkan CO2 dan H2 O sebagai berikut:
OH + molekul organik + O2 → produk (CO2 dan H2 O) (7)
Untuk sementara, rekombinasi kecil dari lubang positif dan elektron dapat terjadi yang dapat mengurangi aktivitas fotokatalitik nanokatalis yang disiapkan [28].
Karakterisasi Material
Struktur kristal dan informasi fase GO dan Ag@rGO diselidiki melalui XRD, dengan sistem spektrum Bruker (XRD, D2 Phaser, USA) yang dilengkapi dengan radiasi Cu K monokromatik dengan panjang gelombang rata-rata 0,154 nm (5-80 °) menggunakan kecepatan pemindaian 0,05/menit. Spektrometer FTIR Perklin Elmer 3100 dengan rentang spektral 4000–400 cm
−1
dengan peningkatan 32 pemindaian dan resolusi 0,2 cm
−1
digunakan untuk mendeteksi gugus fungsi dan getaran molekuler lain dari sampel yang disiapkan. Sifat optik direkam melalui spektrofotometer UV-Vis (TECAN infinite M200PRO) dalam kisaran 200–700 nm. Morfologi permukaan dan jarak antar lapisan sampel yang disintesis diamati menggunakan mikroskop elektron pemindaian emisi lapangan (FESEM), JSM-6460LV dan mikroskop elektron transmisi resolusi tinggi (HR-TEM) Philips CM30, dan JEOL JEM 2100F. Untuk mengkonfirmasi GO, serpihan Ag/rGO, dan mode getaran, spektrum Raman digunakan pada Renishaw melalui mikroskop Raman confocal refleks dengan panjang gelombang laser 532 nm (6 mW). Spektrum fotoluminesensi dari sampel yang disiapkan dan didoping direkam melalui spektrofluorometer (JASCO, FP -8300).
Hasil dan Diskusi
Struktur fasa dan ukuran kristal dari nanosheet rGO yang disisipkan Ag diperiksa menggunakan analisis XRD (Gbr. 3a). Difraktogram GO menunjukkan refleksi intens yang terletak di ~ 10,27° yang dikaitkan dengan bidang (001) dengan jarak antar lapisan 0,80 nm [23, 29, 30]. Pada doping Ag, puncak lebar berasal dari ~ 25,4°, yang dikenal sebagai puncak karakteristik graphene yang diindeks sebagai bidang (002) (JCPDS No# 04-0783) dari grafit heksagonal, dengan jarak d 0,34 nm [23, 30,31 ,32]. Puncak (001) mengungkapkan bubuk grafit sepenuhnya teroksidasi menjadi GO dan (002) puncak mendukung penghapusan template polihidrokarbon di antara dua lapisan rGO [30]. Setelah substitusi Ag, puncak GO (001) bergeser ke nilai yang lebih tinggi menjadi 2θ pada 25,4° dengan jarak d yang lebih rendah terbukti pada reaksi redoks antara graphene oxide dan ion perak (Ag-rGO) dan nilai pergeseran d setelah reduksi yang disebabkan oleh penghilangan gugus yang mengandung oksigen yang menginterkalasi antara lapisan graphene oxide (rGO) tereduksi seperti yang terlihat pada difraktogram XRD [29, 32]. Ukuran kristal rata-rata dinilai dengan persamaan Scherer:
Ukuran kristal ditemukan masing-masing ~ 4,85, 11,3, 11,53, 11,6, dan 28,3 nm. Dalam Persamaan. (8) k =0,89, β =FWHM, λ =0,154 nm, dan θ =sudut difraksi Difraksi elektron area yang dipilih (SAED) pada Gambar. 3b dan c yang sesuai dengan pola XRD dari sampel yang disiapkan menunjukkan fitur cincin yang berbeda dan menunjukkan fase heksagonal GO dan Ag/rGO yang dimanifestasikan ke produk yang terkristalisasi dengan baik; juga, pengindeksan cincin konsisten dengan pola XRD.
a pola XRD. b , c Cincin SAED dari RGO yang disiapkan dan didoping Ag (b ) 0:1 (c ) 0,010:1. d Spektrum FTIR
Spektrum inframerah transformasi Fourier (FTIR) dari GO dan rGO yang didoping Ag diilustrasikan pada Gambar. 3d. Puncak teramati ~ 3433 cm
–1
sesuai dengan getaran peregangan O-H [23]. Puncak transmisi rendah pada 1719 cm
–1
tentukan getaran ulur C =O yang disebabkan oleh gugus COOH dan pita pada 1627 cm
−1
ditugaskan untuk C-C peregangan aromatik [10, 33]. Puncak pada ~ 2371 cm
−1
ditugaskan untuk kelompok COO [34]. Puncak transmisi (~ 650 cm
−1
) adalah daerah sidik jari dari sp
2
. yang dihibridisasi ikatan karbon yang diberikan sebagai getaran tekuk C-H [35]. Pita ~ 1082 cm
–1
sesuai dengan C–O–C dari getaran peregangan hidroksil, setelah doping, nilai puncak gugus fungsi pada sampel yang didoping sedikit berubah sementara bentuknya tetap serupa [23, 29, 36].
Sifat optik dalam hal analisis absorbansi dan celah pita fotokatalis Ag-rGO diteliti melalui spektrograf Uv-Vis mulai dari 200-700 nm seperti yang ditunjukkan pada Gambar. 4a. Spektrum Uv-Vis GO menunjukkan puncak karakteristik sekitar 230 nm karena π –π * transisi ikatan C–C aromatik menunjukkan pemulihan kerangka terkonjugasi ekstensif sp
2
atom karbon. Puncak bahu lain yang diamati pada 300 nm dikaitkan dengan n –π * transisi ikatan C=O [19, 23, 31]. Sebaliknya, kedua puncak ini menjadi lebih lemah dalam kasus Ag/rGO sesuai dengan π –π * transisi ikatan C–C aromatik ditemukan bergeser merah pada 270 nm yang mengkonfirmasi reduksi GO dan menunjukkan tidak ada pemulihan konjugasi elektron graphene [23, 29]. Penyerapan di wilayah yang terlihat (~ 400 nm) karena resonansi plasmonik permukaannya dari NP Ag yang merupakan bukti lebih lanjut sebagai fotokatalis aktif cahaya tampak untuk menghilangkan badan organik [23, 29, 37]. Bandgap dihitung dengan persamaan Tauc; αhν = D (hνMisalnya )n
dengan merencanakan (αhν )
2
vs hν dengan ekstrapolasi kecocokan linier, pita dihitung menjadi 4,10 eV untuk GO dan 3,98 hingga 3,50 eV untuk Ag/rGO, celah pita secara bertahap menurun dengan doping yang lebih tinggi dari NP Ag yang jelas terlihat pada Gambar. 4b [38].
a Spektrum UV-Vis GO dan Ag-rGO. b Perbandingan celah pita
Karakteristik morfologi sampel GO dan Ag-rGO dijelaskan melalui FESEM dan HR-TEM yang ditunjukkan pada Gambar. 5. Gambar GO (Gbr. 5a) menunjukkan beberapa lapisan struktur mikro dengan kerutan yang kaya dan morfologi halus yang menyerupai tirai tipis. Gambar Ag@rGO (Gbr. 5b-d) menunjukkan lembaran nano transparan yang sebagian terlipat dan melengkung dengan fluktuasi kecil yang penting untuk mempertahankan stabilitas termodinamika graphene, karena struktur kristal 2D-nya. Nanosheet menunjukkan struktur yang sangat bersih, halus, dan bergelombang dan fitur ini mungkin penting untuk menghindari agregasi lembaran rGO dan mempertahankan permukaan untuk memfasilitasi penempelan Ag NP pada lembaran graphene yang dapat divisualisasikan dalam gambar HR-TEM [36]. Gambar HR-TEM yang sesuai (Gbr. 6 a1 -d1 ), GO menunjukkan struktur pipih dan seperti lembaran dengan luas permukaan yang bersih (Gbr. 6a1 ), dalam sampel Ag-rGO (Gbr. 5 b1 ) beberapa lipatan susun karena distorsinya dari fraksi sp
3
yang tinggi ikatan C–O [29]. Dengan meningkatnya konsentrasi NP Ag (Gbr. 6 c1 , d1 ) gambar mengungkapkan hamburan homogen dan tersebar baik dari Ag NP berbentuk bola pada permukaan lembaran rGO dengan ukuran partikel rata-rata 10-12 nm [23, 29]. Pada Gambar. 6 d1 dengan konsentrasi Ag yang lebih tinggi (10%), agregasi partikel meningkat yang terbukti pada spesies yang didoping.
(a -d , a1 -d1 ) Gambar FESEM dan HR-TEM dari GO dan Ag/rGO (a , a1 ) PERGI (b , b1 ) 0,050:1 (c , c1 ) 0,075:1 dan (d , d1 ) 0.10:1
a -d spasi d dari gambar HR-TEM Ag-rGO (a ) 0,025:1 (b ) 0,050:1 (c ) 0,075:1 (d ) 0.10:1
Gambar resolusi sangat tinggi hingga 5 dan 10 nm d-spasi sampel Ag/rGO dapat diamati dengan jelas pada Gambar. 6a-d. Area yang dilingkari menunjukkan keberadaan NP Ag dengan jarak kisi nanokristal Ag sekitar 0,235 nm [23, 29].
Analisis photoluminescence (PL) dilakukan untuk menyelidiki masa hidup, transfer, dan perangkap pasangan elektron-lubang dan studi interaksi antara struktur nano graphene, pengaruhnya terhadap respon fotokatalitik diilustrasikan pada Gambar. 7a [39, 40]. Grafit tidak menunjukkan sifat pendaran karena celah pita nol. Namun demikian, pada penurunan ukuran hingga skala nano, celah pita menjadi lebar yang disebabkan oleh efek kurungan kuantum. Dalam nanosheet GO dan rGO, gugus oksida dan kekosongan karbon mengubah graphene untuk membentuk kluster nano karbon yang menunjukkan perilaku semikonduktif dan fenomena pendaran yang dapat dipengaruhi oleh ukuran atau fraksi rantai dan kluster [40, 41]. Dalam spektrum PL, puncak luminesensi terletak pada ~ 330, 565, dan 608 nm yang dianggap berasal dari rekombinasi pasangan elektron-lubang dalam keadaan lokal sp
2
gugus karbon yang tergabung dengan sp
3
matriks. Oleh karena itu, pendaran rGO disebabkan oleh hilangnya gugus fungsi oksigen yang memfasilitasi perkolasi jalur antara sp
2
kelompok [40]. Puncak yang signifikan pada ~ 565 nm menurun tajam dalam kasus rGO dengan pengurangan gugus fungsi oksida GO yang menurun dan sp
2
gugus karbon diperluas secara bersamaan [41].
a spektrum PL. b Spektrum Raman dari sampel yang disiapkan. c Zoom area spektrum Raman
Spektroskopi Raman digunakan untuk menyelidiki sifat elektronik dan struktural dari sampel kontrol dan Ag@rGO untuk membedakan struktur karbon yang teratur dan tidak teratur seperti yang ditunjukkan pada Gambar 7b, c. Dalam kasus GO, dua pita terletak di ~ 1340 dan ~ 1590 cm
−1
ditugaskan sebagai D dan G band, masing-masing. Pita D ditetapkan ke mode pernapasan fonon titik k dengan A1g simetri dan pita dari sp
3
atom karbon; Pita G menunjukkan puncak karakteristik sp
2
struktur hibrida yang mengungkapkan simetri dan kemampuan kristalisasi karbon dan memperkenalkan E2g hamburan fonon atom karbon [32, 33, 36]. Selain itu, pita D terbukti pada cacat permukaan dan ketidaksempurnaan struktural muncul dengan melekatnya gugus fungsi hidroksil dan epoksida dengan bidang basal karbon [36]. Pita G hanya mode Raman dalam graphene yang berasal dari proses hamburan Raman orde pertama konvensional dan sesuai dengan pusat zona dalam bidang, mode fonon degenerasi ganda (transversal (TO) dan optik longitudinal (LO)) dengan E2g simetri [42]. Dalam kasus spektrum Ag-rGO Raman diamati pada 1338 cm
−1
(pita D), 1583 cm
−1
(G-band) dan 2682 cm
−1
(pita 2D) ada puncak tambahan yang berpusat di 2900 cm
−1
(D + G band) yang merepresentasikan ketidakteraturan akibat hamburan kombinasi pada Gambar 7b, c [31, 35, 42,43,44,45]. Mode D dan 2D berasal dari proses resonansi ganda orde kedua antara titik k non-ekuivalen di zona Brillouin (BZ) graphene, karena pita 2D menunjukkan pita D orde kedua yang mengacu pada nada atas pita D dengan keberadaannya karena dua proses getaran kisi telepon; namun demikian, hal ini tidak terkait dengan cacat seperti pita D pada Gambar 7c [35, 41]. Variasi intensitas relatif pita G dan D dalam spektrum Raman GO selama reduksi biasanya ditujukan untuk perubahan keadaan konjugasi elektronik. Perubahan ini menunjukkan peningkatan jumlah sp
2
domain atom setelah pengurangan GO [46]. Rasio intensitas pita D ke G mendefinisikan derajat ketidakteraturan pada lapisan grafit; SayaD /IG =0,87 untuk sampel gratis doping (GO), ID /IG =1,15 untuk sampel yang didoping Ag dan peningkatan rasio menunjukkan penurunan ukuran rata-rata sp
2
domain karbon setelah sintesis Ag@rGO, sedangkan rasio intensitas antara 2D dan pita G (I2D /IG ) yaitu 1,69, telah digunakan untuk menyelidiki konsentrasi elektron dalam rGO [31, 32, 35, 47].
Nanopartikel Ag, ketika didoping dalam bahan semikonduktor, menghasilkan perbedaan potensial kontak karena fungsi kerjanya yang berbeda. Perbedaan potensial ini disebut penghalang Schottky. Seperti ditunjukkan pada Gambar. 8, pita lentur ketika kontak terbentuk setelah mencapai kesetimbangan bergantung pada energi relatif dari fungsi kerja logam (ϕM ) dan semikonduktor (ϕB ) komponen. Fenomena ini dapat sangat meningkatkan efisiensi pemisahan muatan, setelah dapat menginduksi migrasi terarah elektron fotogenerasi dari semikonduktor ke logam. Dengan kata lain, ini dapat mengarah pada pembentukan situs perangkap elektron yang efektif untuk menekan rekombinasi lubang elektron [48].
Struktur pita elektronik kualitatif dari nanosheet yang didekorasi dengan Ag
Aktivitas fotokatalitik nanosheet GO dan Ag/rGO terjadi karena luas permukaannya yang tinggi, dan energi celah pita yang rendah. Jadi Ag/rGO menunjukkan peningkatan substansial dalam foto-degradasi MB dan pewarna terdegradasi sepenuhnya (Gbr. 9b) dalam 120 min. Persamaan orde pertama semu dapat digunakan untuk menguraikan efisiensi fotokatalitik (Gbr. 8a) sampel GO dan Ag/rGO secara eksplisit, menggunakan ekspresi berikut.
di mana Co adalah konsentrasi awal pewarna dan Ct adalah konsentrasi pada waktu, k adalah konstanta laju semu dari proses degradasi yang ditunjukkan pada plot absorbansi (Gbr. 9a), yaitu nilai k untuk GO sekitar 0,1300 min
−1
dan k luar biasa meningkat dalam kasus Ag/rGO (0,1300 min
−1
hingga 0,7459 min
−1
). Gambar 9c menunjukkan kompresi % degradasi seiring waktu, GO menunjukkan efisiensi 65% dan peningkatan bertahap dengan konsentrasi doping. Ag/rGO (0.10:1) menunjukkan % degradasi maksimum hingga 100% yang kemungkinan disebabkan oleh efek sinergis dari Ag NP [49, 50]. Akhirnya, berdasarkan temuan dalam penelitian ini, dapat disarankan bahwa Ag/rGO adalah produk unggulan yang dapat digunakan untuk pemurnian air dari pewarna organik.
a Plot -ln (Ct/C0) versus spektrum waktu untuk reduksi zat warna. b Plot rasio konsentrasi (C/C0 ) terhadap waktu. c Degradasi (%) perbandingan semua sampel
Kesimpulan
GO berhasil diperoleh melalui metode hummers yang dimodifikasi dan rGO disintesis dari perlakuan termal selama penyisipan Ag (2,5, 5, 7,5, dan 10 wt.%) melalui rute hidrotermal. Menurut pola XRD, pergeseran puncak dan penurunan d-spacing (0,34 hingga 0,023 nm) mengarah pada reaksi redoks GO pada doping Ag dengan struktur kristal heksagonal; peningkatan ukuran kristal rata-rata (4,85 menjadi 15,6 nm) dengan substitusi Ag diamati. Spektrum FTIR mengkonfirmasi puncak transmisi sekitar 650 cm
−1
yang merupakan daerah sidik jari dari sp
2
ikatan karbon yang diberikan sebagai getaran tekuk C-H dan mengungkapkan informasi tentang gugus fungsi lain yang terikat. Puncak karakteristik yang dikaitkan dengan π –π * dan n –π * ikatan dan pergeseran merah di puncak. Ini mendukung keberadaan Ag seperti yang dijelaskan dengan spektroskopi UV-Vis, penurunan yang jelas dalam energi celah pita (4,10 hingga 3,50 eV) dengan peningkatan rasio doping yang dihitung dengan bantuan persamaan Tauc. Fitur morfologi menunjukkan tumpukan lapisan GO dan Ag/rGO dengan jarak kisi ~ 0,235 nm, bentuk bulat, dan ukuran (10-12 nm) dari Ag NP yang divisualisasikan melalui HR-TEM. Atom karbon keadaan lokal sp
2
cluster yang tergabung dengan sp
3
matriks, penurunan puncak yang signifikan dalam kasus rGO dan sp
2
. yang diperluas gugus karbon setelah doping dikonfirmasi dengan spektrum PL. A1g simetri dalam sp
3
atom karbon pada pita D, sp
2
struktur hibrida yang mengungkapkan simetri dan kemampuan kristalisasi karbon dan memperkenalkan hamburan fonon E2g dari atom karbon dan cacat permukaan dihitung melalui spektrum Raman. Aktivitas fotokatalitik merespons Ag/rGO (0,10:1) dan menurunkan 100% konsentrasi MB. Temuan ini menunjukkan bahwa nanokatalis yang disiapkan tidak menunjukkan perilaku berbahaya dalam pengolahan air dan merupakan nanokatalis yang sangat baik untuk menghilangkan polutan organik dari air limbah.
