Sintesis Satu Tahap Komposit Heterojunction CuO/Cu2O/TiO2 Untuk Produksi Hidrogen Melalui Reaksi Dekomposisi Air Secara Fotokatalitik

Pratiwi, Tasya Resa (2025) Sintesis Satu Tahap Komposit Heterojunction CuO/Cu2O/TiO2 Untuk Produksi Hidrogen Melalui Reaksi Dekomposisi Air Secara Fotokatalitik. Other thesis, Institut Teknologi Sepuluh Nopember.

Text 5004211038-Undergraduate_Thesis.pdf - Accepted Version Restricted to Repository staff only Download (5MB) | Request a copy

Abstract

Produksi hidrogen melalui reaksi dekomposisi air secara fotokatalitik (photocatalytic water splitting) merupakan salah satu metode yang menjanjikan dalam pengembangan energi bersih karena bersifat ramah lingkungan dan tidak menghasilkan emisi karbon. Namun, efisiensi fotokatalitik titanium dioksida (TiO₂) masih terbatas akibat cepatnya rekombinasi pasangan elektron-lubang serta lebar celah pita energinya yang besar. Dalam penelitian ini, dilakukan modifikasi terhadap TiO₂ melalui pembentukan struktur hetero CuO/Cu₂O/TiO₂ (CuTi) yang disintesis secara satu tahap menggunakan metode presipitasi dan reduksi kimia. Hasil karakterisasi UV-Vis DRS menunjukkan terbentuknya skema Z, ditandai dengan terjadinya dua proses rekombinasi selektif. Hal ini memungkinkan pemisahan muatan yang efisien, di mana elektron bereduksi tinggi dari Cu₂O berperan dalam reduksi H⁺ menjadi H₂, sedangkan hole beroksidasi kuat dari TiO₂ mengoksidasi H₂O menjadi O₂. Hasil FESEM-EDX memperlihatkan pembentukan antarmuka yang kuat dan merata antara TiO₂ dan CuO/Cu₂O, yang meningkatkan luas kontak permukaan dan memperkuat kemungkinan pembentukan heterojunction yang efektif. Penurunan intensitas fotoluminesensi (PL) mengonfirmasi efisiensi pemisahan pasangan muatan. Keberhasilan sintesis satu tahap juga dibuktikan melalui pergeseran puncak pada pola XRD dan spektrum Raman yang menunjukkan interaksi antarkomponen, serta munculnya pita baru pada spektrum FTIR yang mengindikasikan perubahan struktur kimia. Komposit CuTi dengan kandungan optimum CuO/Cu₂O sebesar 5% menunjukkan produksi hidrogen tertinggi, yakni 14502,9 μmol/g. Selanjutnya, komposit CuTi 3% menghasilkan 3722,8 μmol/g karena rasio logam Cu yang rendah, sehingga belum membentuk antarmuka heterojunction yang kuat. Sebaliknya, komposit CuTi 10% hanya menghasilkan 2344,1 μmol/g akibat kelebihan logam Cu yang memicu defek muatan, meningkatkan rekombinasi, dan menghambat penyerapan cahaya. Temuan ini menegaskan bahwa sintesis satu tahap heterostruktur skema Z efektif dalam meningkatkan efisiensi fotokatalitik untuk produksi hidrogen berkelanjutan.
=====================================================================================================================================
Hydrogen production via photocatalytic water splitting is one of the most promising approaches in clean energy development due to its environmentally friendly nature and zero carbon emissions. However, the photocatalytic efficiency of titanium dioxide (TiO₂) remains limited owing to its fast electron–hole recombination rate and wide band gap energy. In this study, TiO₂ was modified by constructing a CuO/Cu₂O/TiO₂ (CuTi) heterostructure synthesized through a one-pot precipitation and chemical reduction method. UV-Vis DRS characterization confirmed the formation of a Z-scheme structure, as indicated by two selective recombination processes. This configuration enables efficient charge separation, where high-reducing electrons from Cu₂O reduce H⁺ to H₂, while strongly oxidizing holes from TiO₂ oxidize H₂O to O₂. FESEM
EDX analysis revealed the formation of strong and uniform interfaces between TiO₂ and CuO/Cu₂O, enhancing surface contact and promoting effective heterojunction formation. The decreased photoluminescence (PL) intensity further supports efficient charge separation. The success of the one-pot synthesis was also confirmed by the peak shifts observed in XRD and Raman spectra, indicating strong component interactions, along with new absorption bands in the FTIR spectra reflecting changes in chemical bonding. The CuTi composite with an optimal CuO/Cu₂O content of 5% exhibited the highest hydrogen production, reaching 14502.9 μmol/g. CuTi 3% produced 3722.8 μmol/g, as the low Cu ratio was insufficient to form a strong heterojunction interface. In contrast, CuTi 10% generated only 2344.1 μmol/g due to excess Cu inducing charge defects, which enhanced recombination and hindered light absorption. These findings confirm that the one-pot synthesis of Z-scheme heterostructures is an effective strategy to enhance photocatalytic efficiency for sustainable hydrogen production.

Item Type:	Thesis (Other)
Uncontrolled Keywords:	CuO/Cu2O, Fotokatalis, Produksi Hidrogen, Sintesis Satu Tahap, TiO2. CuO/Cu2O, Hydrogen Production, One-Pot Synthesis, Photocatalyst, TiO₂
Subjects:	Q Science > QD Chemistry > QD716 Photocatalysis.
Divisions:	Faculty of Science and Data Analytics (SCIENTICS) > Chemistry > 47201-(S1) Undergraduate Thesis
Depositing User:	Tasya Resa Pratiwi
Date Deposited:	01 Aug 2025 08:02
Last Modified:	01 Aug 2025 08:02
URI:	http://repository.its.ac.id/id/eprint/124541

Actions (login required)

View Item