PENGARUH RASIO MOLAR ASAM SITRAT DAN THIOUREA PADA SPEKTRA ABSORBANSI DAN FLUORESENSI LARUTAN CARBON QUANTUM DOTS

Abstrak

Carbon Quantum Dots (CQD) merupakan material fluoresensi 0-dimensi (0D) yang memiliki sifat-sifat fotokimia yang stabil, memiliki biokompatibilitas yang baik, dapat didispersi dalam air, tidak beracun dan mudah disintesis dengan cara yang sederhana dan ramah lingkungan serta mudah difungsionalisasi sesuai dengan kebutuhan aplikasi. Saat ini banyak dikembangkan CQD fluoresensi sebagai material sensor untuk mendeteksi kandungan logam berat, khususnya ion logam merkuri (Hg²⁺) dalam air tercemar, karena sifat unggul tersebut. Umumnya doping dengan atom selain karbon, seperti Nitrogen (N), Sulfur (S) atau kombinasi N dan S (doping ganda) digunakan untuk meningkatkan intensitas fluoresensi atau Fluorescence Quantum Yield dan selektifitas terhadap deteksi ion logam merkuri. Namun, masalah dalam pembuatan CQD yang terdoping adalah bagaimana mengontrol proses doping atom N dan/atau S ke permukaan CQD (CQD doping ganda N,S) agar dihasilkan sensor yang sensitif dan akurat dalam mendeteksi ion logam merkuri dalam air tercemar dalam konsentrasi yang kecil (nano-Molar, nM). Dalam penelitian ini, sintesis CQDs dilakukan dengan metode hidrotermal menggunakan asam sitrat (C₆H₈O₇) atau CA sebagai sumber karbon (C) dan thiourea (CH₄N₂S) atau THU sebagai sumber doping atom N dan S. Asam sitrat dan thiourea dilarutkan dalam deionized water dengan variasi rasio molar CA:THU (1:1), (1:3) dan (1:5). Proses hidrotermal dilakukan dalam teflon autoclave pada suhu 160 °C selama 4 jam. Hasil sintesis menunjukkan bahwa larutan CQD berubah warna menjadi biru tosca ketika disinari dengan laser 365 nm, yang menunjukkan bahwa CQD dengan ukuran kurang dari 10 nm sudah terbentuk. Hasil pengukuran FTIR baik pada larutan maupun pada film CQD, menunjukkan bahwa doping atom N dan S pada CQD sudah terbentuk, yang diindikasikan adanya ikatan antara C-N pada bilangan gelombang 1450 cm^-1 dan ikatan C-S pada 1112 cm^-1. Hasil pengukuran EDS dari film CQDs, diperoleh bahwa rasio persen atomik N/C dan S/C pada rasio CA:THU (1:3) yang paling mendekati hasil perhitungan secara stoikiometri. Variasi molar CA dan THU mempengaruhi spektrum absorbansi dan fluoresensi larutan CQD. Spektrum absorbansi larutan CQD dengan rasio CA:THU (1:1) memiliki dua-puncak absorbansi pada panjang gelombang 326 nm dan 407 nm, sedangkan spektra absorbansi untuk rasio molar 1:3 dan 1:5 memiliki tiga-puncak yaitu di 336 nm, 407 nm dan 595 nm. Puncak absorbansi pada panjang gelombang 595 nm meningkat seiring dengan meningkatnya molar thiourea, akibat meningkatnya atom sulfur. Sedangkan dari spektrum fluoresensi, puncak spektrum emisi bergeser dari 447 nm ke 458 nm dan 475 nm, ketika rasio molar CA:THU berubah dari 1:1 menjadi 1:3 dan 1:5. Pergeseran panjang gelombang puncak emisi ini diakibatkan dengan meningkatnya jumlah atom dopan N dan S dari thiourea (THU) yang menempel di permukaan CQD.