C-Dots, review singkat dan potensi aplikasinya

Carbon nanodots (C-Dots) merupakan salah jenis keluarga nanokarbon berukuran dibawah 10 nm yang memiliki karakterteristik khas, yaitu munculnya sifat fotoluminesensi. C-Dots pertama kali diperoleh pada proses pemurnian single-walled Carbon nanotubes (SWCNTs) melalui proses elektroforesis pada tahun 2004. Selama proses pemurnian tersebut, selain dihasilkan SWCNTs, dihasilkan juga material yang berpendar saat dipapari sinar UV. Material kecil berdimensi nol ini kemudian terkenal dengan istilah carbon nanodots (c-dots).

Gambar 1. Ilustrasi C-dots

C-Dots terdiri dari senyawa atom-atom Karbon, Hidrogen, Nitrogen dan Oksigen yang membentuk struktur partikel berukuran nano (nanopartikel). C-Dots murni yang disintesis dari jelaga lilin mengandung atom C sebesar 36,8%, atom H 5,9%, atom N 9.6% dan atom O sebesar 44.7% menunjukkan bahwa C-Dots mengandung oksigen dengan konsentrasi tinggi.

Struktur C-Dots berupa bola semu berdiameter kurang dari 10 nm dan terdiri dari kombinasi karbon dengan ikatan hibridasi sp2 dan sp3. C-Dots tersusun atas bagian inti (core) dan permukaan yang terdiri dari molekul-molekul ligan yang melekat pada inti C-Dots. Pada umumnya inti C-Dots terdiri dari karbon bersturkur amorf dan nanokristal yang didominasi karbon dengan ikatan hibridasi sp2, dimana ruang kekisinya (lattice spacing) diisi oleh karbon berstruktur grafit dan turbostratic. Adapun pada permukaan C-Dots umumnya sebagian besar berisi gugus fungsi khas karboksilat (COOH) dengan konsentrasi oksigen sebesar 5-50% yang bergantung pada kondisi eksperimen yang digunakan.

Metode Sintesis

Secara umum metode sintesis C-Dots terbagai menjadi dua, yaitu top-down dan bottom-up. Metode top-down yaitu dengan cara memecah partikel yang lebih besar menjadi lebih kecil. Kita dapat membayangkan seperti menggerus partikel karbon hingga berukuran 2-10 nm. Akan tetapi metode ini membutuhkan energi yang relatif tinggi. Sebagai contoh C-dots pertama kali disintesis dari partikel sisa pemurnian Single Wall Carbon Nanotube melalui metode arc-discharge. Metode ini membutuhkan puluhan ribu volt untuk beroperasi, setelah itu C-dots pertama kali ditemukan dari pemurnian menggunakan metode elektroforesis pada sekitar tegangan ratusan volts.

Penelitan C-dots kemudian berkembang dan sekarang metode bottom-up sangat luas diaplikasikan dalam proses pembuatannya. Metode bottom-up memiliki ciri khas dengan mereaksikan zat atau membuat sejenis larutan yang dikenal dengan larutan prekursor. Larutan ini kemudian dipanaskan pada temperatur atau daya listrik yang relatif rendah. Misalnya pada metode hidrotermal temperatur sintesis hanya sekitar 100-400 \(^\circ\)C. Sebagai contoh Sahu dkk tahun 2012 mampu menyintesis C-dots dari susu kedelai pada temperatur 180\(^\circ\)C. Pada metode pemanasan microwave daya yang diperlukan hanya sekitar 50-500 Watt. Rahmayanti dkk (2015) mampu menyintesis C-dots dengan metode ini pada daya 70 Watt.

Karakter Khas dan Aplikasi

Sifat khas yang dimiliki oleh C-dots adalah fotoluminesensi, dimana sifat ini hanya dimiliki oleh material semikonduktor. Fotoluminesensi merupakan berpendarnya zat akibat cahaya lain yang memicunya. Selengkapnya pembaca dapat menuju artikel material berpendar.

Material semikonduktor memiliki potensi yang sangat luas untuk aplikasinya, mulai dari sensor, fotokatalis, hingga pembawa muatan pada sel surya. Bahkan saat ini bidang pertanian juga memiliki potensi untuk di jamah sang primadona material super mini ini. C-dots menampilkan kemampuan yang baik dalam mendeteksi ion Cu2+, Fe3+, vitamin C, serta glukosa hingga iodine yang sangat bermanfaat untuk studi gangguan protein misalnya pada sel kanker (Xu dkk, 2020). Zarezadeh dkk (2020) melakukan riset yang menunjukkan polutan berwarna merah muda (Gambar 2) berhasil didegradasi menggunakan nanokomposit C-dots.

Gambar 2. Fotokatalis C-dots pada polutan (Zarezadeh dkk, 2020)

Penulis juga tengah mengembangkan penelitan C-dots untuk aplikasi pertanian. Tim kami berhasil meningkatkan pertumbuhan tanaman dengan C-dots yang disintesis dengan asam sitrat.

Referensi

Rahmayanti, H. D., Aji, M. P., & Sulhadi, S. (2015). Sintesis Carbon Nanodots Sulfur (C-Dots Sulfur) Dengan Metode Microwave. Unnes Physics Journal, 4(1).

Xu, X., R. Ray, Y. Gu, H.J. Ploehn, L. Gearheart, K. Raker, W. A. Scrivens. 2004. Electrophoretic analysis and purification of fluorescent single-walled carbon nanotube fragments. Journal of the American Chemical Society, 126(40): 12736–12737.

Xu, D., Lin, Q., & Chang, H. T. (2020). Recent advances and sensing applications of carbon dots. Small Methods, 4(4), 1900387.

Zarezadeh, S., Habibi-Yangjeh, A., & Mousavi, M. (2019). Fabrication of novel ZnO/BiOBr/C-Dots nanocomposites with considerable photocatalytic performances in removal of organic pollutants under visible light. Advanced Powder Technology, 30(6), 1197-1209.