Sintesis komposit karbon aktif-graphene dari kulit salak dengan metode simultan grafitisasi aktivasi-KOH

Abstract

Material graphene pertama kali ditemukan oleh ilmuwan asal Rusia, Andre Geim dan Konstantin Novoselov pada tahun 2004. Graphene diperoleh dengan cara pengelupasan grafit secara mekanik dengan menggunakan scotch tape. Graphene secara luas dapat diaplikasikan dalam beberapa bidang, yaitu sebagai sensor atau detektor, adsorben dalam proses adsorpsi, dalam bidang emisi elektron, sebagai superkapasitor, dalam bidang pembuatan lithium-ion batteries, sebagai fotokatalis, dan bidang lainnya. Metode umum lainnya yang digunakan untuk memproduksi graphene adalah dengan metode CVD (Chemical Vapor Deposition) dan metode chemical exfoliation. Sintesis-sintesis graphene tersebut masih kompleks dan membutuhkan biaya yang besar dalam proses produksi. Ketersediaan graphene dalam jumlah yang besar dan kualitas yang tinggi masih sulit diperoleh. Oleh karena itu, pada penelitian kali ini graphene ingin disintesis secara murah dan sederhana dengan kualitas yang baik melalui pendekatan sintesis komposit karbon aktif-graphene. Sumber karbon yang digunakan dalam penelitian ini adalah biomassa berupa kulit salak. Komposit karbon aktif-graphene disintesis dengan menggunakan metode simultan grafitisasi aktivasi. Pada proses aktivasi digunakan senyawa kimia KOH untuk memberikan luas permukaan yang tinggi dan pada proses grafitisasi diberikan penambahan katalis FeCl3 untuk memberikan sifat konduktif yang dimiliki oleh graphene. Dalam penelitian ini, komposit karbon aktif-graphene disintesis menggunakan variasi rasio massa kulit salak dengan massa KOH sebesar 1:1, 1:2, dan 1:4 dengan temperatur karbonisasi sebesar 800oC. Dilakukan juga sintesis tanpa adanya penggunaan zat pengaktivasi KOH dan tanpa penggunaan katalis sebagai sampel pembanding. Setelah dilakukan sintesis, sampel yang terbentuk dianalisa dan diuji karakteristiknya. Karakteristik sampel dilakukan dengan menggunakan beberapa analisa, diantaranya analisa BET untuk mengetahui luas permukaan sampel, analisa SEM untuk mengetahui morfologi sampel yang terbentuk, analisa EDS untuk mengetahui unsur-unsur yang terdapat dalam sampel, analisa XRD untuk mengetahui kristalinitas sampel, dan analisa CV untuk mengetahui nilai kapasitansi sampel dengan penggunaan NiO sebagai sel elektroda. Dari penelitian ini, sampel komposit karbon aktif-graphene memiliki kandungan karbon yang tinggi oleh karena adanya keberadaan zat pengaktivasi. Namun sampel yang terbentuk masih dalam struktur karbon amorf, bukan kristalin. Selain itu, sampel komposit karbon aktif-graphene memiliki bentuk morfologi berupa tumpukan lembaran (layers). Komposit karbon aktif-graphene dengan rasio massa kulit salak dengan KOH sebesar 1:2 menghasilkan luas permukaan paling besar (663,779 m2/g) dan juga memiliki kapasitansi yang paling besar (337 μF/g) pada scan rate 2 mV/s. Hal ini menandakan bahwa rasio tersebut merupakan kondisi yang paling optimal. Luas permukaan pada sampel komposit karbon aktif-graphene lebih rendah dibandingkan dengan sampel karbon aktif yang disintesis tanpa adanya penggunaan katalis, namun sampel komposit karbon aktif-graphene memiliki nilai kapasitansi yang lebih besar. Oleh karena itu, keberadaan zat pengaktivasi dan katalis grafitisasi secara bersamaan menurunkan luas permukaan dan menaikkan nilai kapasitansi.