Analisis Sifat Elektronik Tio₂: Studi Dft Pengaruh Doping Ni Dan Nise

Ranamanggala, Jonathan Angelo (2025) Analisis Sifat Elektronik Tio₂: Studi Dft Pengaruh Doping Ni Dan Nise. Masters thesis, Institut Teknologi Sepuluh Nopember.

Text 6004222002-Master_Thesis.pdf - Accepted Version Restricted to Repository staff only until 1 April 2027. Download (25MB) | Request a copy

Abstract

Titanium dioksida (TiO₂) telah menarik minat yang cukup besar dalam aplikasi fotokatalisis dan pembangkit hidrogen. Meskipun demikian, keampuhannya dibatasi oleh celah pita yang lebar dan rekombinasi elektron-lubang yang cepat. Penelitian ini menggunakan Density Functional Theory (DFT) untuk meneliti efek doping Nikel (Ni) dan Nikel Selenida (NiSe) terhadap karakteristik elektronik TiO₂ dan interaksinya dengan hidrogen. Sistem yang diteliti memiliki 48 atom TiO₂ dengan konsentrasi dopan Ni dan NiSe yang berbeda. Perhitungan dilakukan dengan Quantum ESPRESSO. Analisis meliputi struktur elektronik, kerapatan keadaan (DOS), kerapatan keadaan yang diproyeksikan (PDOS), dan distribusi kerapatan muatan. Penekanan khusus diarahkan pada efeknya terhadap struktur pita, penyesuaian kerapatan keadaan (DOS), proyeksi kerapatan keadaan (PDOS), serta perubahan distribusi muatan elektronik yang dihasilkan dari doping. Hasil penelitian menunjukkan bahwa doping Ni dan NiSe secara signifikan mempengaruhi struktur TiO₂, yang ditandai dengan perubahan volume sel akibat distorsi kisi, volume sel TiO₂ 593.1745 Å3 dengan kerapatan 3.5772 g/cm3. Doping Ni menyebabkan kontraksi kisi (penurunan berturut–turut 1Ni 587.21016 Å3; 2Ni 581.25234 Å3; 3Ni 575.0721 Å3; dan 4Ni 568.21206 Å3) sedangkan doping NiSe terjadi ekspansi (1NiSe 598.59533 Å3 dan 2NiSe 609.03116 Å3), yang juga meningkatkan stabilitas termodinamika material ditandai dengan penurunan entalpi unit sel dari -15.51842040 (TiO₂) hingga -18.89770500 (4Ni). Selain itu, doping Ni dan NiSe memperkenalkan tingkat energi baru dalam struktur pita, yang menyempitkan energi celah pita terhitung dari 2.6825 eV (TiO₂) hingga paling kecil 0.1845 eV (1NiSe). Penurunan celah pita yang sangat signifikan (NiSe), yang berpotensi meningkatkan efisiensi penyerapan cahaya tampak dan reaktivitas fotokatalitik. Kerapatan muatan juga mengalami peningkatan, dengan distribusi elektron yang lebih merata di sekitar atom doping, terutama pada atom Se berfungsi sebagai akseptor elektron, meningkatkan distribusi muatan dan mengurangi akumulasi di sekitar atom Ni, di mana transfer muatan yang efisien diperlukan untuk aplikasi fotokatalitik. Temuan ini bertujuan untuk menawarkan perspektif baru dalam merancang bahan TiO₂ yang dimodifikasi untuk meningkatkan aktivitas fotokatalitik dan interaksi hidrogen, yang pada akhirnya berkontribusi pada pengembangan solusi energi yang lebih bersih dan aplikasi lingkungan.
==================================================================================================================================
Titanium dioxide (TiO₂) has attracted considerable interest in photocatalysis and hydrogen generation applications. Nonetheless, its efficacy is limited by its wide band gap and rapid electron-hole recombination. This study uses Density Functional Theory (DFT) to examine the effects of Nickel (Ni) and Nickel Selenide (NiSe) doping on the electronic characteristics of TiO₂ and its interaction with hydrogen. The system studied has 48 TiO₂ atoms with different concentrations of Ni and NiSe dopants. Calculations were performed with Quantum ESPRESSO. The analysis includes electronic structure, density of states (DOS), projected density of states (PDOS), and charge density distribution. Special emphasis is directed at the effects on band structure, density of states (DOS) adjustment, projected density of states (PDOS), as well as changes in electronic charge distribution resulting from doping. The results show that Ni and NiSe doping significantly affect the structure of TiO₂, which is characterized by changes in cell volume due to lattice distortion, TiO₂ cell volume 593.1745 Å3 with a density of 3.5772 g/cm3. Ni doping caused lattice contraction (successive decreases of 1Ni 587.21016 Å3; 2Ni 581.25234 Å3; 3Ni 575.0721 Å3; and 4Ni 568.21206 Å3) while NiSe doping caused expansion (1NiSe 598. 59533 Å3 and 2NiSe 609.03116 Å3), which also increases the thermodynamic stability of the material characterized by a decrease in unit cell enthalpy from -15.51842040 (TiO₂) to -18.89770500 (4Ni). In addition, Ni and NiSe doping introduces new energy levels in the band structure, which narrows the calculated band gap energy from 2.6825 eV (TiO₂) to as little as 0.1845 eV (1NiSe). A very significant decrease in band gap (NiSe), which has the potential to increase visible light absorption efficiency and photocatalytic reactivity. The charge density is also improved, with a more even distribution of electrons around the doped atoms, especially on the Se atoms serving as electron acceptors, improving the charge distribution and reducing the accumulation around the Ni atoms, where efficient charge transfer is required for photocatalytic applications. These findings aim to offer a new perspective in designing modified TiO₂ materials to enhance photocatalytic activity and hydrogen interaction, ultimately contributing to the development of cleaner energy solutions and environmental applications.

Item Type:	Thesis (Masters)
Uncontrolled Keywords:	TiO₂, DFT, Ni–doping, dan NiSe–doping. TiO₂, DFT, Ni-doping, and NiSe-doping.
Subjects:	Q Science > QD Chemistry > QD481 Chemical structure. Q Science > QD Chemistry > QD716 Photocatalysis. Q Science > QD Chemistry > QD905.2 Crystals.
Divisions:	Faculty of Science and Data Analytics (SCIENTICS) > Chemistry > 47101-(S2) Master Thesis
Depositing User:	Jonathan Angelo Ranamanggala
Date Deposited:	05 Feb 2025 01:49
Last Modified:	05 Feb 2025 01:49
URI:	http://repository.its.ac.id/id/eprint/118253

Actions (login required)

View Item