•

JURNAL FISIKA DAN APLIKASINYA VOLUME 4, NOMOR 1 JANUARI 2008

Studi Pengamh Arus Polimerisasi terhadap Konduktivitas Listrik Polianilin yang Disintesis

dengan Metode Galvanostatik Diah Hari Kusumawati, '" Worn Setyarsih, dan Nugmhany Primary Putri

Jurusan Fisika-FMIPA, Universitas Negerl Surabaya, Jl. K!!tintang. Surabaya 60231

Intisarl Sintesis polianilin dapat dilakukan secara elekb'okimia dengan metode galvanostatik menggunakan rangkaian

elektropolimerisasi galvanostatik yang terdiri dari sumber arus, tegangan, elektroda karbon sebagai elektroda kerja dan Dikel sebagai elektroda mitra. Polianilin disintesis dalam sel elektrokimia yang terdiri dari larutan Het dan anilin. Dengau menggunakan parameter arus yang optimum diperoleh basil polianilin dengan konduktivitas listrik yang optimum (25 Scm -1) pada sumber arus 3 rnA dengan konsentrasi Hel3 M dan konsentrasi anilin 1 M.

KATA KUNCI: polianilin, elektrokimia. galwnostatlk. konduktivitas listrik

I. PENDAHULUAN

Polianilin merupakan salah satu jenis polimer konduktif yang memiliki beberapa keunggulan dibanding polimer kon­duktif lainnya. Diantara polimer konduktif, polianilin men­empati kedudukan yang istimewa karena kaya akan aspek ilmiah dan luas potensi aplikasinya seperti baterai sekunder, sensor, LED dan bidang optoelektronik lainnya [1]. Selain itu ditinjau dari aspek kestabilan di udara bahan polimer konduk­tif dari polianilin memiliki kestabilan yang palittg baik di an­tara bahan polimeryang seIama ini dikenaI. Faktor inilah yang memungJrin1can polianilin sebagai bahan berpotensi tinggi un­tuk produksi komersil. [2]

Polianilin dapat disintesis secara elektrokimia meng­hasUkan produk dalam bentuk film atau sintesis secara kimia akan menghasilkan polianilin dalam bentuk bubuk. Di antara teknik elektrokimia, metode galvanostatik merupakan salah satu metode elektropolimerisasi dimana proses doping ter­jadi bersamaan dengan polimerisasL Selain jenis proses sin­tesis, sifid: polianilin juga dipengarubi oleh parameter sin­tesis seperti konsentrasi monomer anilin, jenis dopan dan konsentmsi yang digllnakan, lama waktu, arus dan tegangan polimerisasi. Dengan parameter sintesis yang optimum, akan didapatkan polianilin dengan nilai konduktivitas listrik yang maksimum. Penelitian yang diJalcukan sebelumnya [2] telah memperlihat1can pengaruh parameter konsentmsi anilin, Hel dan arus sintesis serta pemakaian elektroda kerja yang bervari­asi dengan elektroda keIja yang digunakan adalah Ag/AgCI telah dihasilkan kondisi optimum untuk sintesis ini adalah pada konsentmsi anilin dan Hel adalah 1 M dan 3 M (pada penelitian ini konsentmsi Hel dan anilin mengacu pada pus­taka [2] arus sintesis 2 mA dan elektroda kerjanya adalah kar-

•

@ Jurusan Fisika FMlPA ITS

Gambar 1: Struktur polianilin secara uinum dalam bentuk basa

bon. Pada penelitian ini digunakan konsentmsi monomer anilin

1M dan Hel 3M yang akan disintesis pada arus tertentu, se­hingga diharapkan akan dapat diketahui pengaruh arus ter­hadap nilai konduktivitas listrik dari polianilin serta sifat fisika-kimia dengan spektroskopi FTIR. dan UV-VIS.

Polianilin adalah molekul besar yang dibangun oleh pen­gulangan kesatuan kimia kecil dan sederhana yang disebut monomer anilin (CaHr,NH2) yang berikatan kovalen [3]. Penggabungan monomer-monomer anilin akan membentuk cincin-cincin benzoid (B) dan kuinoid (Q) yang dihubungkan satu dengan lainnya oleh atom nitrogen (N) mela1ui ikatan amin dan ikatan imin. Secara umum s1ruktur kimia polianilin dalam keadaan basa dapat ditulis sebagai ditunjukkan Gambar 1. Struktur polianilin yang terlihat pada Gambar 1 adalah po­lianilin yang bersifat isoIator. Struktur tersebut tersusun dari dua gugus yaitu gugus tereduksi dan gugus teroksidasi.

Pada struktur polianilin dalam bentuk basa indeks y meny­atakan tingkat oksidasi dari basa polianilin yang nilainya berkisar dari 0 sampai 1 (0 ::5 y ::5 1). Besamya nilai y yang berbeda akan memberikan struktur polianilin yang berbeda pula. Bila nilai y = 0 akan menghasilkan polianilin dalam bentuk basa pernigranilin, bemilai y = 0,5 berbentuk basa emeraldin, bernilai y = 1 berbentuk basa leukoememldin, seperti ditunjukkan Gambar 2.

Ketiga bentuk oksidasi polianilin tersebut bersifat isola­tor. Dan sejauh ini hanya basa emeraldin yang dapat dibuat konduktif dengan cam protonasi, yang nantinya akan meng­hasilkan polianilin berbentuk garam emeraldin dengan struk­tur seperti Gambar 3 .

080108-1

1. PIS. DAN APL., VOL. 4, No. I, JANUARl2008

(a)

(b)

[ (--@---:-@-: )(-@-:-@-:-) 1, (c)

Gambar 2: Slruktur pnlianilin berbentuk basa (a). pernigranilin. (b). emeraldin, (c). leukoemeraldin

( -@-~ =O=~·-)] 1

Gambar 3: Slruktur garam emeraldin

Polianilin bentuk. basa emeraldin dapat dibuat konduktif dengan memberi perlakuan asam yang menghasilkan garam emeraldin. Garam emeraldin diperoleh melalui protonasi atom nitrogen yang berikatan imin dengan cincin kuinoid dari gugus teroksidasi dalam basa emeraldin. Proses protonasi ini menghasilkan cacat mntai dalam bentuk. pasangan dika­tion dan dopan A -, yang diawali rumus lambang [(-B-NH­B-NH-)(-B-NH+=Q=NH+-)(2A+)]n. Anion A- yang be­rasa! dari bahan elektrolit (seperti ion CI-, H2S04' BF; dsb) masuk. ke dalam polimer dan terikat secara coulomb den­gan kation yang muneul pada rantai. Dikation ini dalam 00-hasan mt padat disebut bipolaron. Masuknya dopan melalui protonasi merupakan k.eunikan tersendiri yang tidak terdapat pada polimer konduktif lain. Dalam proses ini, jumlah elek­tron di dalam rantai tidak berubab, sedangkan proses dop­ing polimer lainnya disertai perubahan jumlah. elektron pada rantai polimer.

Metode elektrokimia adalah metode yang didasarkan pada reaksi redoks, yakni gabungan dari reaksi reduksi dan ok­sidasi, yang berlangsung pada elektroda yang sa.malberbeda dalam suatu sistem elektrokimia. Sistem elektrokimia meliputi sel elektrokimia dan reaksi elektrokimia. Sel elek­trokimia yang menghasilkan listrik karena terjadinya reaksi spontan di dalamnya disebut sel galvani. Sedangkan sel elektrokimia di mana reaksi tak-spontan terjadi di dalam­nya disebut sel elektrolisis. Peralatan dasar dari sel elek­trokimia adalah dua elektroda, umumnya konduktor logam yang dicelupkan k.e dalam elektrolit konduktor ion (yang da­pat berupa larutan maupun caimn) dan sumber arus. K.arena didasarkan pada reaksi redoks, pereaksi utama yang berperan dalam metode ini adalah elektron yang dipasok dari suatu sumber listrik. Sesuai dengan reaksi yang berlangsung, elek-

DIAH H.K., dkk.

Rangkaian ffiektrooik

Selffiektrokimia

Gambar 4: Rangkaian instrumen elektropolimerisasi elektrokimia

troda dalam suatu sistem elektrokimia dapat dibedakan men­jadi katoda, yak:ni elektroda di mana reaksi reduksi (reaksi ka­todik) berlangsung dan anoda di mana reaksi oksidasi (reaksi anodik) beriangsung.

II. METODE PENELITIAN

Pada penelitian ini diperlukan preparasi bahan mencakup larutan monomer anilin pro analisis dengan konsentrasi 1M dalam 30 ml asetonitril, 1arutan HCl 3M dalam 60 ml H20. Untuk. mempelajari pengaruh arus sintesis terbadap basil yang diperoleh, polianilin disintesis secara elektrokimia didalam sel yang berisi 60 ml HCl 3M monomer anilin 1M dengan menggunakan dua buah elektroda. Elektroda k.eIja (anoda) yang digunakan adalah karbon sedangkan elektroda mitra (ka­toda) adalah nik.el. Arus yang digunakan yaitu 1 rnA, 2mA, 3mA, 4mA dan 5 mAo

Untuk. pengukuran konduktivitas polianilin dilakukan den­gan metode four point probe, sampel pollimilin diletakkan pada kaca preparat yang berbentuk persegi panjang dengan lebar l = 1 em, tebal t = 0,025 em dengan jarak. antar probe d = 0,1 mm. Konduktivitas diperoleh dengan melalui konversi sederhana yaitu

i l U=--

Vdt (1)

dengan i dan V adalah arus yang diberikan pada bahan dan potensial probe ke-2 dan -3.

m. HASH.. DAN PEMBAHASAN

Spektrum pada Gamba! 5 dan Gambar 6 memperlihatkan puncak-puncak utama sekitar 1560 em-I, 1480 em-I, adalah

080108-2

•

J. FIS. DAN APL., VOL. 4, No. I, JANUARI 2008

51

-----A-f

\Ie

1 ~

J \. ~ A : I \ "

r ,I I \ Ii I ; I ;~~ I ! ~ 1

1,/

\I ; f I I v<r~ iN I / Ii ~ ~ '/ ~ I ~

~ i I -1/ ~ Ii

,I ,

(a)

I .100

DIAH H.K., dick.

lSI

.al. (b) (c)

Gambar s: FfIR dengan parameter arus (a). 2mA (b). 3rnA dan (e). 4mA

• I ..

- • (a)

.... (b)

.. (c)

-Gambar 6: UV-VIS dengan parameter arus (a) 2 mA (b) 3mA dan (e) 4 rnA

sinyal modus vibrasi breathing C=C dati cincin Q dan B. Pita vibrasi lain adalahstretching C-N pada 1300 em-l. 1250 em-l dan vibrasi bendhing C-H pada 1130 em-l dan 810 em-l. Bentuk spektrum polianilin ini tidak. berubah dengan bertambabnya waktu dan arus sintesis tetapi terlihat adanya pergeseran puncak pita Q sekitar 20 em-l dan pita B sekitar 10 em-l. basil ini mirip dengan basil penelitian sebelwnnya [4.5].

Gambar 6 adalah spektrum UV-VIS dati sampel yang dis­intesis dengan parameter arus yang bervariasi. Pada masing­masing spektrum muncul dua pita spektrum yaitu sekitar 490 run (2,5 eV) yang melebar sekitar 725 mn (1,7 eV), disekitar 300mn(3,geV)dan880mn-llOOmn(1,1 eV -1.4eV}.Pun­cak pada 1,1 eV-l,4 eV ini tidak. tampak pada Gambar dikare-

nakan keterbatasan alat yang tidak. mampu merekatn. dengan baik pada panjang gelombang diatas 800 DID. Pola spektrum ini bersesuaian dengan penelitian sebelumnya [4, 5]. Dari basil pembacaan UV-VIS clapat digambarkan transisi elek­tronik seperti Gambar 7.

Dari basil pengukuran konduktivitas listrik, terlihat adanya variasi yang cukup peka terhadap waktu po1imerisasi. Hasil pengukuran konduktivitas tersebut mengisyaratkan adanya su­atu kondisi sintesis yang optimum untuk menghasilkan po­lianilin dengan konduktivitas tertinggi. Hal ini berkaitan den­gan adanya kenaikan arus yang sangat menentukan sifat kon­duktivitas polianilin yang dihasilkan. dimana kenaikan arus tersebut bingga harga tertentu menghasilkan kenaikan kon­duktivitas, namun kenaikan selanjutnya akan menurunkan

080108-3

J. FIS. DAN API

L

1.

Oambar 7: Transi

28

Gambai' 8: Gndik hub dengan parameter arus I

konduktivitas (Gambe hatkan bahwa arus sit oksidasi pembentokan

[1] A. Malinaukas, J. Mal otechnology 16, asl - j

[2] Kholik, !sa Abdul, I cora EIektrokimia, fun

11 9 MG~ 'M l~ 1 D£C l~'ll

" /'

_ -- '='----"

_.~-1993 ..

i-

IK., cIJck.

pnke-duktivi-lin yang tJ.eialdin asipada

~aki-g elise-

an. Ke-~.

s po­~dan

,4 un­,I liUkan

I ~nilai

r;! :~ ~cincin 11,1250 iem-t •

~ I

~garuhi e IRt1 kon­~ ian kon-

S' ~ ~I

I j

1995. PollanUin

_~ L8p01'8D. 1\1-

ber,2002. - P J Fessenden, RaIp. J., Kimla Organlk ,Jilidl, diterjemabkan oleh [3] Kusumawati, D.IL, An ____ --.,..,nmniiiililoian terhadop AJaytius H.(Erlangga,Jakarta, 1986). . .

Konduktivltos Listrik Polianllin dengan Doping Asam Klorlda,

080108-4

..e