Fotoelektroda CuO/ZnO untuk Produksi Hidrogen Ramah Lingkungan dari Air

Utama, Riski Agung Nata (2023) Fotoelektroda CuO/ZnO untuk Produksi Hidrogen Ramah Lingkungan dari Air. Masters thesis, Institut Teknologi Sepuluh Nopember.

Text 6008211007-Master_Thesis.pdf - Accepted Version Restricted to Repository staff only until 1 July 2025. Download (1MB) | Request a copy

Abstract

Pemecahan molekul air (water-splitting) secara fotoelektrokimia (PEC) adalah teknik produksi hidrogen ramah lingkungan yang mengombinasikan proses elektrolisis air konvensional dengan energi surya yang terbarukan. Untuk meningkatkan aktivitas fotoelektrolisis air, beberapa bahan dapat digunakan sebagai fotoelektroda sekaligus sebagai bahan fotoelektrokatalis semikonduktor, seperti oksida logam non-mulia CuO dan ZnO. CuO dengan bandgap rendah (1,2-1,8 eV) yang dapat mengonversi cahaya menjadi muatan listrik dengan baik, perlu dilapisi dengan ZnO untuk meningkatkan mobilisasi muatan elektron. Fotoelektroda disintesis melalui proses anodisasi foil tembaga (Cu) yang menghasilkan CuO pada permukaan foil (sampel dinotasikan sebagai CuO). Selanjutnya, ZnO dilapiskan pada permukaan CuO melalui proses elektrodeposisi dengan variasi waktu elektrodeposisi 40, 80, dan 120 menit (sampel secara berurutan dinotasikan sebagai CuO/ZnO-40m, CuO/ZnO-80m, dan CuO/ZnO-120m). Fotoelektroda yang telah disintesis menunjukkan berbagai morfologi partikel mulai dari nanosheets, menyerupai bola, menyerupai bunga, hingga morfologi menyerupai piringan setalah dikarakterisasi menggunakan scanning electron microscopy (SEM). Luas permukaan spesifik (SSA) yang diukur menggunakan instrumen Brunauer-Emmett-Teller (BET) menghasilkan nilai sebesar 8,703 m2/g, 51,382 m2/g, 124,619 m2/g, 130,550 m2/g, dan 149,032 m2/g untuk sampel foil Cu, CuO, CuO/ZnO-40m, CuO/ZnO-80m, dan CuO/ZnO-120m secara berurutan. Arus fotokatodik yang diukur menggunakan linear sweep voltammetry (LSV) menunjukkan bahwa semua fotokatoda yang disintesis diprediksi memiliki performa paling baik pada hari yang cerah (100 mW/cm2), berperforma sedang pada hari yang berawan (50 mW/cm2), dan berperforma paling kurang baik pada malam hari ketika tidak ada matahari (0 mW/cm2). Selain itu, ketika densitas arus fotokatodik diukur pada intensitas iluminasi cahaya terbaik 100 mW/cm2, pola nilai densitas arus yang meningkat (CuO < CuO/ZnO-40m < CuO/ZnO-80m < CuO/ZnO-120m) diperoleh karena peningkatan luas permukaan yang disebabkan oleh semakin banyak ZnO yang terdeposisi dan variasi morfologi partikel. Penelitian ini diharapkan mampu menyediakan informasi terkait sintesis fotoelektroda sekaligus fotoelektrokatalis logam non-mulia CuO/ZnO yang lebih ekonomis dan hemat energi untuk produksi hidrogen ramah lingkungan dengan teknik fotoelektrokimia dari air.
======================================================================================================================================
Photoelectrochemical (PEC) water-splitting is a hydrogen generation technique that can enhance the process of water electrolysis in the environment using conventional electrolysis combined with renewable solar energy. To improve photoelectrolysis generating hydrogen, several materials can be utilized as semiconductor catalysts as well as photoelectrodes, such as non-noble metal oxide of CuO and ZnO. CuO posseses a small band gap (1.2-1.8 eV) that excels in converting light into electric charge needed to be layered with ZnO to enhance its electron charge mobilization. Photoelectrodes can be prepared by anodization of copper foil resulting CuO grown on copper foil (denoted as CuO) continued with ZnO electrodeposition on the surface of anodized CuO for 40, 80, and 120 minutes (denoted as CuO/ZnO-40m, CuO/ZnO-80m, and CuO/ZnO-120m, respectively). The prepared photoelectrodes of CuO, CuO/ZnO-40m, CuO/ZnO-80m, and CuO/ZnO-120m characterized using scanning electron microscopy (SEM) exhibit nanosheets, spherical-like, flower-like, and plate-like morphologies, respectively. Their specific surface area (SSA) also measured resulting the SSA value of 8.703 m2/g, 51.382 m2/g, 124.619 m2/g, 130.550 m2/g, and 149.032 m2/g. The photocurrent density of the synthesized materials measured using linear sweep voltammetry indicate that all of the synthesized photocathodes are predicted to perform the best at sunny day (100 mW/cm2), moderately perform at cloudy day (50 mW/cm2), and perform the least at night when there is no sun (0 mW/cm2). In addition, when the photocathodic current density recorded at the best light illumination intensity of 100 mW/cm2, the increasing order (CuO < CuO/ZnO-40m < CuO/ZnO-80m < CuO/ZnO-120m) obtained due to enhanced surface area caused by the more ZnO deposited and the variations of particle morphology. These findings offer helpful information for the design and construction of distinctive CuO/ZnO grown on copper foil photoelectrodes based on inexpensive and earth-abundant materials for future green, high-efficiency and low-cost solar hydrogen generation.

Item Type:	Thesis (Masters)
Uncontrolled Keywords:	anodization, electrodeposition, PEC, hydrogen, CuO/ZnO, anodisasi, elektrodeposisi, fotoelektrokimia, hidrogen, CuO/ZnO
Subjects:	T Technology > TP Chemical technology > TP255 Electrochemistry, Industrial.
Divisions:	Faculty of Industrial Technology and Systems Engineering (INDSYS) > Chemical Engineering > 24101-(S2) Master Thesis
Depositing User:	Riski Agung Nata Utama
Date Deposited:	10 Feb 2023 02:12
Last Modified:	10 Feb 2023 02:12
URI:	http://repository.its.ac.id/id/eprint/96593

Actions (login required)

View Item