Pengaruh Deposisi Logam Ni, Cu, Dan Fe Pada Elektroda Plat TiO2 Terhadap Kinerja Reduksi Elektrokatalitik Nitrat Menjadi Amonia

Sina, Pietro Amigos Dios (2026) Pengaruh Deposisi Logam Ni, Cu, Dan Fe Pada Elektroda Plat TiO2 Terhadap Kinerja Reduksi Elektrokatalitik Nitrat Menjadi Amonia. Other thesis, Institut Teknologi Sepuluh Nopember.

Text 5004221013-Undegraduate _Thesis.pdf - Accepted Version Restricted to Repository staff only Download (5MB) | Request a copy

Abstract

Penelitian ini bertujuan meningkatkan kinerja reduksi elektrokatalitik nitrat menjadi amonia melalui modifikasi elektroda plat TiO2 dengan logam transisi Ni, Fe, dan Cu. Elektroda TiO2 disintesis melalui anodisasi pada plat Ti dan dimodifikasi menggunakan metode elektrodeposisi. Uji elektrokatalitik dilakukan dengan menggunakan sel tipe-H dengan elektrolit 0.1 M KOH yang mengandung 200 ppm NO3−-N menggunakan sel elektrokimia dua elektroda pada variasi tegangan 4-12 V. Hasil elektrokatalisis menunjukkan bahwa elektroda Cu/TiO2 mencapai konversi nitrat tertinggi sebesar 50,26% pada 6 V, sedangkan Fe/TiO2 menunjukkan tren peningkatan konversi yang konsisten, dengan nilai maksimum 31,55% pada 12 V. Elektroda Ni/TiO2 menghasilkan konversi terendah sebesar 15,92% pada 12 V akibat dominasi reaksi evolusi hidrogen. Selektivitas amonia tertinggi diperoleh pada Fe/TiO2 sebesar 61,31% pada 12 V, sementara Cu/TiO2 mencapai selektivitas maksimum 45,79% pada 10 V. Laju pembentukan amonia meningkat dengan kenaikan tegangan, dengan nilai tertinggi pada 12 V sebesar 657,9 dan 685,7 µg·h-1·cm-2 untuk Cu/TiO2 dan Fe/TiO2, berturut-turut. Hasil tersebut lebih tinggi daripada TiO2 murni (442,0 µg·h-1·cm-2). Analisis kinetika Langmuir–Hinshelwood orde satu menunjukkan konstanta laju tertinggi pada Cu/TiO2 (kapp = 0,00499 menit⁻¹) dan diikuti Fe/TiO2 (0,00273 menit⁻¹) pada tegangan 10 V. Karakterisasi elektrokimia menunjukkan Fe/TiO2 memiliki nilai electrochemically active surface area (ECSA, Cdl) tertinggi sebesar 79,29 µF·cm⁻², diikuti oleh Ni/TiO2 dan CuTiO2 sebesar 52,36 dan 23,06 µF·cm⁻², berturut-turut. Deposisi logam menurunkan hambatan transfer muatan (RCT), dari 8318 Ω pada TiO2 murni menjadi 35,73 dan 33,83 Ω pada Fe/TiO2 dan Cu/TiO2. Secara keseluruhan, modifikasi TiO2 dengan logam Cu dan Fe terbukti efektif meningkatkan luas permukaan aktif dan kinetika transfer muatan, sehingga berpotensi dikembangkan sebagai strategi berkelanjutan untuk reduksi elektrokatalitik nitrat menjadi amonia.
===============================================================================================================================
This study aims to enhance the electrocatalytic reduction of nitrate to ammonia through surface modification of TiO2 electrodes with transition metals Ni, Fe, and Cu. TiO2 electrodes were synthesized via anodization of Ti plates and subsequently modified by electrodeposition. Electrocatalytic tests were conducted in an H-type cell using a 0.1 M KOH electrolyte containing 200 ppm NO3−-N under a two-electrode configuration at applied voltages ranging from 4 to 12 V. The electrocatalytic results show that the Cu/TiO2 electrode achieved the highest nitrate conversion of 50.26% at 6 V, while Fe/TiO2 exhibited a consistently increasing conversion trend, reaching a maximum of 31.55% at 12 V. In contrast, the Ni/TiO2 electrode showed the lowest conversion of 15.92% at 12 V due to the dominance of the hydrogen evolution reaction. The highest ammonia selectivity was obtained for Fe/TiO2, reaching 61.31% at 12 V, whereas Cu/TiO2 achieved a maximum selectivity of 45.79% at 10 V. The ammonia yield rate increased with increasing applied voltage, with the highest values at 12 V of 657.9 and 685.7 µg·h-1·cm-2 for Cu/TiO2 and Fe/TiO2, respectively, which are higher than that of pristine TiO2 (442.0 µg·h-1·cm-2). Kinetic analysis based on a first-order Langmuir–Hinshelwood model revealed that Cu/TiO2 exhibited the highest apparent rate constant (kapp = 0.00499 min-1), followed by Fe/TiO2 (0.00273 min-1) at 10 V. Electrochemical characterization showed that Fe/TiO2 possessed the highest electrochemically active surface area (ECSA, Cdl) of 79.29 µF·cm-2, followed by Ni/TiO2 and Cu/TiO2 (52.36 and 23.06 µF·cm-2 consecutively). Metal deposition significantly reduced the charge transfer resistance (Rct), from 8318 Ω for pristine TiO2 to 35.73 and 33.83 Ω for Fe/TiO2 and Cu/TiO2, respectively. Overall, modification of TiO2 with Cu and Fe effectively enhances the active surface area and charge transfer kinetics, demonstrating strong potential as a sustainable strategy for the electrocatalytic reduction of nitrate to ammonia.

Item Type:	Thesis (Other)
Uncontrolled Keywords:	Elektrokatalisis, Amonia, Reduksi Nitrat, TiO2, Elektrodeposisi, Electrocatalysis, Ammonia, Nitrate Reduction, TiO2, Electrodeposition
Subjects:	Q Science > QD Chemistry > QD569 Electrocatalysis.
Divisions:	Faculty of Science and Data Analytics (SCIENTICS) > Chemistry > 47201-(S1) Undergraduate Thesis
Depositing User:	Pietro Amigos Dios Sina
Date Deposited:	04 Feb 2026 07:49
Last Modified:	04 Feb 2026 07:49
URI:	http://repository.its.ac.id/id/eprint/132123

Actions (login required)

View Item