Kesan sakarida terhadap sifat elektrokimia elektrolit polimer pepejal berasaskan kitosan

Abstract

Sakarida berpotensi untuk digunakan sebagai bahan pemplastik dalam aplikasi elektrolit polimer pepejal (EPP) berasaskan kitosan kerana mempunyai kumpulan berfungsi hidroksil (OH) yang mampu bertindak sebagai tapak aktif bagi berinteraksi dengan kation. Oleh itu, fokus kajian ini adalah mengkaji kesan sakarida terhadap sifat elektrokimia elektrolit polimer pepejal berasaskan kitosan. Filem EPP berasaskan kitosan-sakarida dihasilkan menggunakan teknik pengacuan larutan di mana 30 bt. % litium nitrat ditetapkan. Sakarida yang telah digunakan dalam kajian ini adalah glukosa (CG), fruktosa (CF), sukrosa (CS), dan laktosa (CL). Kesemua filem EPP yang dihasilkan dicirikan mengggunakan spektroskopi impedans elektrokimia (EIS) bagi memperolehi maklumat secara terperinci tentang kekonduksian ion filem EPP. Hasil penyelidikan mendapati penggunaan jenis sakarida yang berbeza memberikan nilai kekonduksian ion yang berbeza. Kajian menunjukkan kekonduksian ion tertinggi dicapai oleh sistem CL dengan nilai 6.50 × 10-3 S cm-1. Kajian lanjutan berkaitan dielektrik dan modulus EPP mendapati bahawa pemalar dan kehilangan dielektrik bagi sistem CL turut meningkat dan mempunyai masa santaian terpantas. Ini disokong dengan analisis nombor pengankutan ion yang menunjukkan sistem CL mempunyai nilai tertinggi iaitu 0.99 dengan peratusan ion bebas 63.75%. Analisis Teori Fungsi Ketumpatan (DFT) menggunakan perisian Gaussian 09 menunjukkan gabungan sistem CL mampu melemahkan ikatan hidrogen dalam rantaian polimer kitosan dengan lebih banyak berbanding sistem CG, CF, dan CS. Ini disokong berdasarkan spektrum analisis FTIR d imana puncak hidroksil (OH) dan amina (NH) teranjak ke nombor gelombang yang lebih rendah. Selain itu, analisis DFT juga menunjukkan kumpulan berfungsi karbonil (C=O) berinteraksi dengan kuat bersama litium dan memberikan tenaga pengikatan yang rendah iaitu -15.641. Dapatan DFT ini disokong oleh analisis FTIR dengan menunjukkan anjakan pada puncak kumpulan berfungsi C=O bagi filem EPP kitosan. Sifat kehablur sistem EPP berasaskan kitosan yang ditunjukkan melalui analisis XRD dilihat berkurang selepas penambahan sakarida terutamanya laktosa. Ini menunjukkan bahawa laktosa berupaya untuk digunakan sebagai bahan pemplastik kerana ianya mampu untuk meningkatkan kandungan amorfus dan meningkatkan fleksibiliti rantaian molekul kitosan. Selain itu, analisis elektrokimia turut menunjukkan sistem CL mempunyai kestabilan elektrokimia yang baik sehingga mencapai 3.82 V dengan nombor pengangkutan ion litium tertinggi iaitu 0.28 berbanding sistem elektrolit yang lain. Dapatan yang diperolehi ini menunjukkan laktosa lebih sesuai untuk digunakan sebagai bahan pemplastik dalam elektrolit polimer pepejal kerana ia mampu meningkatkan sifat elektrokimia EPP berasaskan kitosan dan seterusnya menyumbang kepada peningkatan kekonduksian.