📚 Eksplorasi & Komparasi Topik Dokumen
Pencarian topik
Hasil Dokumen
Ditemukan: 5 dokumenMXENE TBCTX SEBAGAI ELEKTROKATALIS UNTUK REAKSI EVOLUSI HIDROGEN YANG EFISIEN PADA ELEKTRODA GLASSY CARBON
MXene merupakan material dua dimensi yang banyak dikembangkan dalam satu dekade terakhir karena potensinya sebagai elektrokatalis pada teknologi energi baru dan terbarukan , khususnya electrochemical water splilling. Material ini mem i liki konduktivitas listrik yang tinggi, luas permukaan yang besar, serta banyak situs aktif yang mampu meningkatkan transfer elektron dan aktivitas elektrokataliti k. Meskipun demikian, performa elektrokatalitik MXene masih sangat dipengaruhi oleh jenis material dan kond isi modifikasi elektroda, sehingga diperlukan optimasi untuk meningkatkan aktivitasnya terhadap reaksi evolusi hidrogen ( hydrogen evolution reaction, HER). Oleh karena itu, penelitian ini bertujuan untuk mensintesis dan mengkarakterisasi MXene TiiCTx dan TiiNTx scbagai material elektrokatalis untuk mcningkatkan kinerja HER dan OER. Hasil sintesis MXene dalam percobaan ini dikaraktcrisasi menggunakan XRD, FTIR, SEM, EDS mapping,TEM-SAED, dan XPS yang menandakan keberhasilan sintesis Mxene TiiCTx. Berdasarkan SEM, material yang telah disintesis membentuk lembaran dua dimensi dan berjarak. Pola difraksi dari XRD juga membcri puncak khas pada 6,32°serta hilangnya puncak Al pada 36°. Analisis FTIR memberi puncak gugus Ti-C dan Ti-N pada 710-627cm·1• Sementara itu, TEM-SAED menunjukkan citra tumpukan lembaran dan kristal initas MXene. XPS mengonfirmasi adanya energi ikatan dari Ti-C serta gugus terminasi MXene. Selain itu, kinerja elektrokatalis MXene TiiCTx dibandingkan dengan MXene TiiNTx. Hasil pengujian kinerja elektrokatalis MXene TbCTx dan TbNx pada modifikasi elektroda glassy carbon (GCE) terhadap reaksi evolusi hidrogen menunjukkan bahwa modifikasi GCEff iiCTx memiliki overpotensial yang lebih rendah daripada GCEff iiNTx dengan nilai 579 mV pada reaksi HER dibanding OER. Selain itu, nilai Tafel slope yang diperoleh sudah mencapai tahap mekanisme Heyrovsky, yaitu 40,2mV/dec.
FABRIKASI LAPISAN FECONIP SEBAGAI ELEKTROKATALIS PROSES PRODUKSI HIDROGEN MENGGUNAKAN METODE ONE-STEP ELECTRODEPOSITION
Ketergantungan penggunaan energi fosil sebagai sumber utama listrik global telah memberikan dampak signifikan terhadap kerusakan lingkungan, terutama akibat peningkatan emisi karbon dan efek rumah kaca. Kondisi krisis energi ini mendesak percepatan transisi menuju sumber energi terbarukan, di mana hidrogen yang diproduksi melalui metode elektrolisis air menjadi salah satu solusi energi bersih yang potensial karena tidak menghasilkan emisi karbon dioksida. Namun, penerapan teknologi ini secara komersial masih terkendala oleh penggunaan elektrokatalis berbasis logam mulia (Platinum Group Metals) yang memiliki ketersediaan terbatas dan biaya tinggi. Sebagai alternatif yang lebih ekonomis, material Transition Metal Phosphides (TMPs), khususnya paduan besi-kobaltnikel- fosfor (FeCoNiP), menawarkan aktivitas katalitik yang unggul melalui efek sinergis antarlogam transisi dan atom fosfor. Penelitian ini bertujuan untuk memfabrikasi lapisan elektrokatalis FeCoNiP menggunakan metode one-step electrodeposition yang dinilai lebih efisien, aman, dan sederhana dibandingkan metode termal konvensional. Fokus utama studi ini adalah mengevaluasi pengaruh variasi parameter rapat arus, konsentrasi fosfor, dan duty cycle terhadap kinerja reaksi evolusi hidrogen (hidrogen evolution reaction, HER), serta memodelkan optimasi prosesnya menggunakan pendekatan statistik Box-Behnken. Serangkaian percobaan dilakukan untuk menyelidiki pengaruh berbagai parameter proses pada fabrikasi lapisan FeCoNiP melalui metode elektrodeposisi, yang terdiri dari rapat arus (J = 1 – 10 amps-per-squared-decimeter, ASD), konsentrasi fosfor ([P] = 0 – 0,5 M), dan duty cycle (D = 50 – 100) terhadap kinerja elektrokatalitik FeCoNiP dalam reaksi HER. Percobaan dimulai dengan perancangan eksperimen menggunakan metode Box-Behnken Design (BBD) untuk mengidentifikasi faktor yang signifikan, dan memodelkan hubungan kompleks antarvariabel yang digunakan dalam proses elektrodeposisi FeCoNiP. Selanjutnya, dilakukan preparasi substrat, kemudian proses elektrodeposisi sesuai dengan parameter yang telah ditentukan. Pengujian elektrokimia yaitu Linear Sweep Voltammetry (LSV) dan Electrochemical Impedance Spectroscopy (EIS) dengan menggunakan sistem tiga elektroda dalam larutan elektrolit kalium hidroksida (KOH 1 M). Data LSV dan EIS kemudian diolah dengan perangkat lunak ZView versi 4 dan Microsoft Excel 365 untuk menentukan nilai overpotential dan kemiringan Tafel, yang berfungsi sebagai data yang dianalisis lebih lanjut menggunakan Minitab versi 22 untuk memprediksi parameter optimum percobaan. Setelah prediksi analisis ditentukan, uji validasi dilakukan untuk memverifikasi hasil prediksi optimum. Setelah terverifikasi, parameter optimum kemudian divariasikan terhadap rapat arus dan konsentrasi fosfor. Pengujian kinerja elektrokatalitik lapisan FeCoNiP dilakukan dengan pengujian LSV, EIS, Cyclic Voltammetry (CV), dan Chonopotentiometry (CP). Karakterisasi lapisan FeCoNiP berupa Difraksi Sinar-X (X-ray Diffraction, XRD), Field Emission Scanning Electron Microscopy-Energy Dispersive X-Ray Spectroscopy (FESEM-EDS), dan X-ray Photoelectron Spectroscopy (XPS) dilakukan untuk menganalisis karakteristik lapisan FeCoNiP. Parameter optimum pada variasi percobaan diperoleh pada kondisi dengan rapat arus 6,09 ASD, konsentrasi fosfor sebesar 0,28 molar, dan duty cycle sebesar 76%. Respons pada parameter tersebut diperoleh nilai overpotential sebesar 41,90 mV dan kemiringan Tafel sebesar 50,63 mV/dekade. Analisis statistik menunjukkan bahwa parameter rapat arus dan konsentrasi fosfor berkontribusi signifikan terhadap kinerja elektrokatalitik HER, sedangkan duty cycle hanya berkontribusi signifikan pada kuadratik respons overpotential. Lapisan FeCoNiP terbentuk dari larutan padat (solid solution) FeCoNi dengan atom fosfor yang terinkorporasi masuk ke dalam kisi logam atau terlarut ke dalam fasa amorf dengan morfologi nodular. Inkorporasi fosfor ke dalam kisi logam menciptakan situs ganda yang meningkatkan kinerja elektrokatalitik lapisan FeCoNiP. Selain unggul pada kinerja elektrokatalitik, lapisan FeCoNiP menunjukkan kemampuan untuk mempertahankan kestabilan pada proses HER selama 20 jam.
STUDI VARIASI PERBANDINGAN BIMETAL PADA MATERIAL NIFE FOSFAT PADA AKTIVITAS REAKSI EVOLUSI OKSIGEN UNTUK PRODUKSI HIDROGEN HIJAU
Hidrogen hijau sebagai bahan bakar dapat diproduksi dari air melalui proses elektrolisis. Pada proses ini, reaksi evolusi oksigen (Oxygen Evolution Reaction/OER) menjadi reaksi pembatas kecepatan yang menurunkan efisiensi sistem secara keseluruhan. Salah satu pendekatan untuk mengatasi hambatan ini adalah melalui pengembangan elektrokatalis berbasis logam transisi yang murah, stabil, dan aktif. Penelitian ini bertujuan untuk mengembangkan material nikel-besi fosfat (NiFePO) sebagai kandidat elektrokatalis OER pada media basa, dengan memvariasikan rasio molar logam Ni:Fe sebesar 1:3, 1:2, 1:1, 2:1, dan 3:1 guna mengevaluasi pengaruh komposisi terhadap performa elektrokatalitik. Material disintesis menggunakan metode solvotermal dengan prekursor nikel(II) nitrat, besi(III) nitrat, dan trietil fosfat, yang dilanjutkan dengan proses kalsinasi pada suhu 600 °C. Karakterisasi struktur dan morfologi dilakukan menggunakan X-ray Diffraction (XRD), Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR), dan Scanning Electron Microscopy (SEM). Uji elektrokimia dilakukan melalui metode Linear Sweep Voltammetry (LSV), Cyclic Voltammetry (CV), dan Chronoamperometry (CA) dalam larutan KOH 1 M. Hasil penelitian menunjukkan bahwa rasio logam berpengaruh signifikan terhadap performa OER. Komposisi Ni:Fe 2:1 menunjukkan performa terbaik, dengan nilai overpotensial sebesar 282 mV pada densitas arus 10 mA·cm?² dan gradien Tafel sebesar 94 mV/dec. Stabilitas katalis juga terjaga hingga 8 jam pengujian, menunjukkan potensi aplikatif yang baik. Dibandingkan penelitian terdahulu, penggunaan struktur amorf NiFePO dalam rasio 2:1 memberikan kombinasi unik antara kestabilan, aktivitas tinggi, dan kemungkinan produksi skala besar secara ekonomis. Kebaruan dari penelitian ini terletak pada pendekatan pemanfaatan sistem bimetalik dalam struktur fosfat amorf untuk mengoptimalkan performa OER. Penelitian ini memberikan kontribusi penting dalam pengembangan katalis OER non-logam mulia dan berpotensi mendukung teknologi energi terbarukan yang berkelanjutan di masa depan.
STUDI FUNGSIONAL KERAPATAN MEKANISME REAKSI EVOLUSI OKSIGEN PADA PERMUKAAN NIKEL TEMBAGA FOSFAT DENGAN DOPING LOGAM TRANSISI
Kesadaran untuk mengurangi pencemaran lingkungan akibat emisi penggunaan energi fosil membuat kebutuhan akan energi bersih menjadi meningkat, salah satunya adalah energi green hydorgen yang diperoleh dari proses elektrolisis air. Kelemahan dari proses ini adalah Oxygen Evolution Reaction (OER) yang membutuhkan banyak energi serta material elektrokatalis dari logam mulia yang langka dan mahal. Oleh karena itu dibutuhkan elektrokatalis yang efisien dari logam non mulia untuk mengatasi kelemahan tersebut. Dengan menggunakan perhitungan berbasis Density Functional Theory (DFT), dilakukan penelitian terhadap aktivitas OER dari permukaan elektrokatalis logam NiCuPO(100) murni dan NiCuPO(100)-M yang didoping dengan logam transisi (M = Mn, Fe, Co). Efek doping logam transisi terhadap performa OER diteliti dengan mengevaluasi parameter energi formasi, adsorpsi zat intermediate, profil energi bebas Gibbs, pergeseran pusat pita-d, dan kerapatan keadaan lokal (LDOS). Performa elektrokatalis NiCuPO(100) murni menunjukkan overpotential yang tinggi sehingga kurang cocok untuk diaplikasikan sebagai elektrokatalis OER. Sebaliknya, NiCuPO(100)-M yang didoping logam transisi secara signifikan mengurangi overpotential hingga melampaui performa elektrokatalis IrO2_22. Peningkatan ini disebabkan oleh pusat pita-d yang bergeser lebih dekat ke tingkat Fermi, berdampak pada penguatan adsorpsi OH* dan O* serta menurunkan overpotential OER. Diantara sistem yang didoping, doping Mn dan Fe menghasilkan overpotential OER terendah. Kata kunci: NiCu fosfat, elektrolisis air, reaksi evolusi oksigen, doping logam transisi, DFT
STUDI INVESTIGASI SIFAT ELEKTROKIMIA DAN MEKANIK LAPISAN PADUAN ENTROPI SEDANG COFENI HASIL ELEKTRODEPOSISI
Paduan entropi sedang (medium entropy alloy, MEA) memiliki kekuatan struktural dan ketahanan korosi yang baik dengan potensi sebagai elektrokatalis. Fabrikasi lapisan MEA dengan metode elektrodeposisi menawarkan proses yang sederhana, terjangkau, dan mudah diterapkan di industri. Namun demikian, terdapat faktorfaktor yang dapat memengaruhi sifat elektrokimia dan mekanik lapisan MEA hasil fabrikasi seperti rapat dan mode arus elektrodeposisi, serta temperatur elektrolit. Penelitian ini menginvestigasi pengaruh faktor-faktor elektrodeposisi tersebut terhadap ketahanan korosi, sifat elektrokatalitik, kekerasan, hingga ketahanan aus dan erosi pada CoFeNi sebagai salah satu jenis MEA. Dilakukan serangkaian percobaan berupa elektrodeposisi lapisan CoFeNi pada variasi rapat arus elektrodeposisi 1 amps-per-squared-decimeter (ASD), 3 ASD, 6 ASD, dan 10 ASD; mode arus direct current (DC) dan pulsed current (PC); serta temperatur elektrolit pada temperatur kamar (RT) dan 50°C menggunakan orthogonal array L16 metode Taguchi secara duplo. Elektrodeposisi dilakukan pada substrat tembaga dan substrat baja API 5L X52M. Preparasi permukaan substrat dilakukan dengan pengampelasan, ultrasonic cleaning, degreasing, dan aktivasi. Dilakukan karakterisasi fasa dan struktur kristalografi dengan X-ray difraction (XRD), karakterisasi morfologi dan distribusi unsur dengan scanning electron microscope-energy dispersive spectrometry (SEM-EDS), serta karakterisasi topografi dan kekasaran permukaan dengan atomic force microscopy (AFM). Selain itu, dilakukan uji ketahanan korosi pada larutan NaCl 3,5%-berat, uji sifat elektrokatalitik pada larutan KOH 1 M, uji kekerasan Vickers, uji aus (ASTM G99), dan uji erosi (ASTM G76). Hasil penelitian menunjukkan lapisan CoFeNi berkomposisi equiatomic dan berfasa larutan padat tunggal face-centered cubic (FCC) dengan permukaan rata berhasil difabrikasi. Peningkatan rapat arus elektrodeposisi meningkatkan laju nukleasi pada lapisan CoFeNi sedangkan penggunaan mode arus PC dibandingkan DC menyebabkan efisiensi arus berkurang dan lapisan lebih seragam. Di lain sisi, elektrodeposisi pada temperatur elektrolit 50°C dibandingkan dengan RT menyebabkan peningkatan efisiensi arus namun menurunkan keseragaman lapisan. Pada berbagai kombinasi level, didapatkan rapat arus korosi terendah, overpotensial evolusi gas hidrogen terendah, overpotensial evolusi gas oksigen terendah, kekerasan tertinggi, specific wear rate terendah, dan erosion value terendah secara berurutan adalah 3,319 ?A/cm2, -128 mV vs RHE, 324 mV vs RHE, 624 HV, 16,043×10-6 mm2/Nm, dan 0,036 mm3/g.