Apa Itu Metode Hummer dalam Sintesis Graphene Oxide

Metode Modifikasi Hummer dalam sintesis Graphene Oxide

Metode Hummers adalah metode yang melibatkan proses kimia yang dapat digunakan untuk menghasilkan oksida grafit (grafit yang teroksidasi secara kuat) melalui penambahan kalium permanganat ke dalam larutan grafit , natrium nitrat , dan asam sulfat . Metode ini biasanya digunakan oleh pelaku laboratorium dan teknisi lab sebagai metode yang dapat diandalkan untuk menghasilkan oksida grafit dalam jumlah yang lenih banyak. Selain itu, metode ini juga dapat digunakan dalam pembuatan versi dengan tebal satu molekul dari grafit oxide yang biasa dikenal sebagai graphene oxide .

Metode Hummers mulai dikembangkan pada tahun 1958 sebagai metode yang lebih aman, lebih cepat dan lebih efisien untuk memproduksi oksida grafit (graphite oxide). Sebelum metode dikembangkan, produksi oksida grafit pada saat itu lebih lambat dan berbahaya untuk digunakan karena menggunakan larutan asam sulfat dan asam nitrat pekat dalam hal ini berkosentrasi tinggi. Saat itu, Metode Staudenmeier – Hoffman – Hamdi mulai memperkenalkan penambahan kalium klorat. Namun, metode ini lebih berbahaya dan hanya menghasilkan satu gram oksida grafit hingga sepuluh gram kalium klorat.

Hingga William S. Hummers dan Richard E. Offeman menciptakan metode mereka sendiri sebagai alternatif dari metode di atas setelah mencatat indikasi bahaya yang ditimbulkan metode tersebut terhadap pekerja di National Lead Company . Pendekatan mereka serupa karena melibatkan penambahan grafit ke larutan asam pekat. Namun, Hummers dan Offeman menyederhanakannya menjadi hanya terdiri dari grafit, asam sulfat pekat, natrium nitrat, dan kalium permanganat. Mereka juga tidak harus menggunakan suhu di atas 98 ° C dan menghindari sebagian besar risiko bahaya dari penggunaan metode Staudenmeier – Hoffman – Hamdi.

Prosedur dimulai dengan 100 g grafit dan 50 g natrium nitrat yang kemudian dilarutkan kedalam 2,3 liter asam sulfat pada suhu 66°C yang kemudian didinginkan hingga 0°C. 300 g kalium permanganat kemudian ditambahkan ke dalam larutan dan diaduk. Air kemudian ditambahkan secara bertahap sampai larutan volumenya bertambah menjadi sekitar 32 liter. Larutan akhir akan mengandung sekitar 0,5% padatan untuk kemudian dibersihkan dari pengotor yang terkontaminasi dan didehidrasi dengan fosfor pentoksida .

Reaksi kimia dasar yang terlibat dalam metode Hummers adalah oksidasi grafit yang dimana tujuannya untuk memasukkan molekul oksigen ke dalam strukutr grafit karbon murni. Reaksi terjadi antara graphene dan asam sulfat pekat dengan kalium permanganat dan natrium nitrat bertindak sebagai katalis. Proses tersebut mampu menghasilkan sekitar 188 g grafit oksida dari 100 g grafit yang digunakan. Rasio karbon terhadap oksigen yang dihasilkan berkisar antara 1 hingga 2,1–2,9 yang merupakan karakteristik oksida grafit. Gas beracun seperti dinitrogen tetraoksida dan nitrogen dioksida berkembang dalam proses. Produk akhir biasanya terdiri dari 47,06% karbon, 27,97% oksigen, 22,99% air, dan 1,98% abu dengan rasio karbon-oksigen 2,25. Semua hasil ini sebanding dengan metode sebelumnya.

Metode Hummers ini telah digunakan oleh banyak peneliti dan ahli kimia yang tertarik pada penggunaan grafit oksida untuk keperluan pengaplikasian diberbagai bidang, karena ini adalah metode konvensional tercepat untuk menghasilkan oksida grafit dengan tetap mempertahankan rasio C / O yang relatif tinggi. Ketika peneliti dan ahli kimia memperkenalkan grafit oksida dalam jumlah besar dalam waktu yang lebih cepat, metode Hummers biasanya dirujuk dalam beberapa bentuk dalam hal ini Modifikasi Metode Hummers.

Grafit oksida telah menarik perhatian komunitas ilmiah setelah penemuan graphene pada tahun 2004. Banyak tim-tim peneliti diseluruh penjuru dunia sedang mencari cara menggunakan grafit oksida sebagai jalan pintas untuk produksi massal graphene. Metode Hummer tetap menjadi titik perhatian utama karena ini adalah metode yang mudah untuk menghasilkan oksida grafit dalam jumlah besar.

Komunitas ilmiah lain telah fokus untuk melakukan perbaikan pada metode Hummers agar lebih efisien dan ramah lingkungan. Salah satu proses tersebut adalah menghilangkan penggunaan larutan NaNO 3 dari proses tersebut. Penambahan persufate (S2O8ˆ2−) memastikan oksidasi dan pengelupasan sempurna grafit untuk menghasilkan suspensi lembaran oksida grafit individu. Tidak digunakannya asam nitrat juga menguntungkan karena menghentikan produksi gas seperti nitrogen dioksida dan dinitrogen tetraoksida yang akan terbentuk dalam proses sintesis (senyawa beracun).

Selain untuk produksi graphene, metode Hummers telah menjadi titik perhatian dalam produksi fotokatalis. Setelah menemukan bahwa grafit oksida reaktif terhadap panjang gelombang cahaya yang ditemukan di bawah sinar matahari, tim peneliti telah mencari metode penggunaannya untuk meningkatkan kecepatan reaksi dalam penguraian air dan bahan organik. Metode yang paling umum untuk menghasilkan grafit oksida dalam percobaan ini adalah metode Hummers.

Contoh Penggunaan Metode Hummer Pada Sintesis Graphene Oxide

Berikut akan diuraukan metode hummer termodifikasi secara stoikiometri dalam mensintesis Graphene Oxide (GO) dari graphite. Proses sintesis GO dengan modifikasi metode Hummer dilakukan dengan cara mengoksidasi grafit. Berikut adalah prosedur sintesis GO:

• Timbang 1 gr bubuk grafit menggunakan neraca analitik, kemudian masukkan ke dalam larutan H2SO4 dan H3PO4 dengan konsentrasi masing-masing 27 ml dan 3 ml.
• Tambahkan 3 gr KMnO4 secara bertahap ke dalam larutan hingga terjadi reaksi eksotermis dan larutan berubah warna menjadi hijau gelap. 
• Pada kondisi tersebut, larutan tetap di stirer selama 3 jam pada temperatur kamar.
• Masukkan aquabidest (200 mL) yang terkontaminasi dengan H2O2 30% (3 mL) ke dalam larutan untuk menghentikan reaksi oksidasi, tetap stirer selama 15 menit.
• Endapkan sampel dibawah pengaruh gravitasi selama 24 jam agar terbentuk endapan GO
• Endapan GO yang terbentuk selanjutnya dicuci menggunakan aquabidest sebanyak 3 kali pada kondisi stirer lalu didekantasi menggunakan alat sentrifuge sebanyak 3 kali kemudian dibilas menggunakan aseton 1x. Hal ini dilakukan untuk menetralkan pH larutan. 
• Hasil dekantasi selanjutnya dipanaskan di dalam oven memmert pada suhu 90 derajat C selama 12 jam. Hal ini dilakukan untuk menguapkan kadar air yang berlebihan sehingga diperoleh bubuk GO.

Demikian Artikel penjelasan tentang Apa Itu Metode Hummer dalam Sintesis Graphene Oxide semoga bermanfaat bagi pembaca baik itu kalangan akademisi yang menggeluti bidang ilmu fisika maupun kalangan masyarakat umum untuk menambah wawasan akan bidang ilmu lain.

Daftar Pustaka

Hummers, William S .; Offeman, Richard E. (20 Maret 1958). "Persiapan Graphitic Oxide". Jurnal American Chemical Society. 80(6): 1339.doi:10.1021 / ja01539a017.

M. M. Mokhtar, S.A. Abo-El-Enein, M.Y. Hassaan, M.S. Morsy, M.H. Khalil. 2017. Mechanical performance, pore structure and micro-structural characteristics of graphene oxide nano platelets reinforced cement Consctruction and Building Materials 138: 333 – 339

Ciszewski, Mateusz; Mianowski, Andrzej (2013). "Survey of graphite oxidation methods using oxidizing mixtures in inorganic acids". Chemik. 67 (4): 267–274.

Tu, Wenguang; Zhou, Yong; Zou, Zhigang (October 2013). "Versatile Graphene-Promoting Photocatalytic Performance of Semiconductors: Basic Principles, Synthesis, Solar Energy Conversion, and Environmental Applications". Advanced Functional Materials. 23 (40): 4996–5008. doi:10.1002/adfm.201203547.