Poster Tugas Akhir sebagai prasyarat kelulusan di Program Studi Teknik Fisika ITB

1. Studi Ab-Initio Mekanisme Water Splitting pada Fotokatalis TiO2 dengan Ketidakmurnian Nitrogen
Oleh Pembimbing
Fajar Fauzi Hakim Ir. Hermawan Kresno Dipojono, Ph.D. MSEE.
[13305053] Dr. Ir. Nugraha, M. Eng.
Dasar Teori Watersplitting
Pada Semikonduktor Semikonduktor Ideal untuk Watersplitting
Oksidasi O2/H2O:
2H2O + 4h+ -> O2 + 4H+
Potensial > +1.23 V
Reduksi H+/H2 :
2H+ + 2e- -> H2
Potensial < 0 V
2H2O + 4hv -> 2H2 + O2
Masalah:
1) Eg = 3 eV ~ ultra violet
2) Rekombinasi elektron
Latar Belakang
Kebutuhan akan hidrogen sebagai sumber energi terbarukan menuntut produksi hidrogen
yang terjangkau dan ramah lingkungan. Penemuan produksi hidrogen melalui fotokatalisis
water splitting dengan bantuan semikonduktor TiO2 mendorong banyak penelitian
eksperimental dan komputasional. Keterbatasan TiO2 yang hanya menyerap sinar ultraviolet
menuntut dilakukannya penelitian untuk meningkatkan aktivitas fotokatalitik TiO2. Namun
landasan teoretik pendukung hal tersebut masih kurang.
Metode penghitungan ab initio merupakan salah satu metode penelitian teoritik yang valid.
Simulasi komputasional dengan metode tersebut dilakukan terhadap material TiO2 fasa rutile
yang diberi ketidakmurnian Nitrogen dengan variasi jenis ketidakmurnian untuk mempelajari
efeknya terhadap sifat elektronik yang berkaitan dengan sifat fotokatalis material.
Tujuan Ruang Lingkup Model Kristal TiO2 Rutile
Melakukan pemodelan dan melakukan Metode simulasi: GGA-DFT (Generalized dalam simulasi
simulasi ab initio material photocatalyst TiO2 Gradient Approximations - Density Functional Rutil -> stabil, bandgap kecil
dengan variasi ketidakmurnian N Theory) 1 unit cell=4 atom O; 2 atom Ti
Mempelajari density of states (DOS) & Software: Quantum ESPRESSO 4.2.0 Model simulasi: Kesimpulan
struktur pita elektronik untuk menghitung Supercell 2 x 2 x 2 (48 atom) Hasil analisis struktur pita elektronik dan DOS menunjukkan pelebaran band gap TiO2 fasa rutile
band gap serta mempelajari posisi state dari TiO2 fasa rutile berstruktur kristal tetragonal pada setiap jenis ketidakmurnian Nitrogen dengan rentang pelebaran 0,51 – 0,86 eV. Hal tersebut
ketidakmurnian 6 model struktur pada simulasi: mengurangi respon fotokatalis terhadap cahaya matahari. Namun, beberapa jenis ketidakmurnian
Melihat karakteristik elektronik (struktur pita Murni memiliki tingkat energi tambahan yang meningkatkan responnya terhadap cahaya matahari.
Melakukan analisis mekanisme water elektronik & DOS) O vacancy Ketidakmurnian interstitial, gabungan interstitial dengan vacancy O, dan gabungan interstitial
splitting pada photocatalyst TiO2 dengan N Subtitusi O dengan subtitusi O diperkirakan dapat memberikan respon cahaya tampak dengan selisih energi
variasi ketidakmurnian N Melihat perubahan band gap dan pita valensi N interstitial antara tingkat energi donor elektron dengan akseptor terdekat masing-masing sebesar 0,595 eV,
dan konduksi terhadap TiO2 murni . N interstitial + O vacancy 0,102 eV dan 0,99 eV. Meskipun demikian, dari seluruh struktur yang disimulasikan tidak ada yang
N interstitial + N Subtitusi O dapat direkomendasikan sebagai fotokatalis water splitting.