Pengaruh Penambahan Logam Fe, Ni, Dan Cu Pada Elektroda Berbasis TiO2 Serta Uji Aktivitasnya Pada Reduksi Ion Nitrat

Hasan, Ilham Iqbal (2026) Pengaruh Penambahan Logam Fe, Ni, Dan Cu Pada Elektroda Berbasis TiO2 Serta Uji Aktivitasnya Pada Reduksi Ion Nitrat. Other thesis, Institut Teknologi Sepuluh Nopember.

Text 5004221049-Undergraduate_Thesis.pdf - Accepted Version Restricted to Repository staff only Download (5MB) | Request a copy

Abstract

Reaksi reduksi ion nitrat secara elektrokimia (NO3RR) menjadi amonia merupakan salah satu alternatif pengganti metode Haber-Bosch karena dapat bekerja pada kondisi ambien dan tidak menghasilkan emisi CO2. Penambahan logam transisi pada permukaan elektroda TiO2 menjadi salah satu strategi dalam pengembangan elektrokatalis untuk meningkatkan aktivitas elektrokatalitik NO3RR. Dalam penelitian ini, logam transisi Fe, Ni, dan Cu ditambahkan pada TiO2 melalui elektrodeposisi menggunakan parameter yang sama (konsentrasi larutan logam 0,2 M; arus 0,01 A; dan waktu 20 menit) untuk mengetahui pengaruhnya dalam struktur kristal, komposisi unsur, morfologi permukaan, dan kinerja elektrokimia elektroda pada NO3RR menjadi amonia. Hasil XRD menunjukkan struktur asli TiO2 masih tetap bertahan setelah penambahan logam. Dalam kondisi deposisi yang sama, deposisi logam menghasilkan morfologi permukaan yang berbeda-beda. Hasil FESEM dan AAS menunjukkan Fe/TiO2 memiliki Fe terdeposit dalam jumlah yang relatif sedikit dan sangat menyebar. Sementara Ni/TiO2 menampilkan Ni terdeposit sebagian besar menutupi permukaan TiO2 dan Cu/TiO2 menampilkan Cu terdeposit dalam jumlah relatif banyak dan membentuk gumpalan-gumpalan yang tersebar. Penambahan Fe, Ni, dan Cu berhasil menurunkan hambatan transfer elektron (Rct) dari TiO2 yang awalnya sebesar 390,1 Ω menjadi berturut-turut sebesar 19,41; 12,78; dan 35,11 Ω. Secara keseluruhan, seluruh elektroda termodifikasi menampilkan peningkatan kinerja elektrokatalitik dalam NO3RR jika dibandingkan dengan TiO2 murni. Cu/TiO2 menunjukkan kinerja terbaik di antara ketiga katalis yang dikembangkan dalam konversi nitrat, efisiensi faradik, dan laju pembentukan amonia yang berturut-turut sebesar 59,4%; 81%; dan 1616,3 μg cm-2 jam-1 pada -0,8 V vs. RHE. Sedangkan katalis dengan selektivitas maksimum dimiliki oleh Fe/TiO2 dengan selektivitas amonia sebesar 68,5% pada -0,6 V vs. RHE. Hasil ini menunjukkan bahwa jenis logam transisi yang dideposisikan pada TiO2 berperan penting dalam menentukan karakteristik permukaan elektroda, serta aktivitas dan selektivitas NO3RR menjadi amonia.
=======================================================================================================================================
Electrochemical nitrate ion reduction reaction (NO3RR) to ammonia has emerged as a promising alternative to the Haber–Bosch process because it can operate under ambient conditions and does not generate CO2 emissions. The incorporation of transition metals onto the surface of TiO2 electrodes is one strategy for developing electrocatalysts with enhanced NO3RR activity. In this study, Fe, Ni, and Cu were deposited onto TiO2 via electrodeposition using identical deposition parameters (0.2 M metal ion concentration, 0.01 A current, and 20 min deposition time) to investigate their effects on the crystal structure, elemental composition, surface morphology, and electrochemical performance of the electrodes for NO3RR to ammonia. XRD results showed that the original TiO2 crystal structure remained intact after metal deposition. Under the same deposition conditions, the deposited metals produced distinct surface morphologies. FESEM and AAS analyses revealed that Fe/TiO2 contained a relatively small amount of deposited Fe that was highly dispersed across the surface. In contrast, Ni/TiO2 exhibited Ni deposits covering most of the TiO2 surface, while Cu/TiO2 contained a relatively large amount of deposited Cu forming dispersed agglomerates. The incorporation of Fe, Ni, and Cu successfully reduced the charge-transfer resistance of TiO2 from 320.1 Ω to 19.41, 12.78, and 35.11 Ω, respectively. Overall, all modified electrodes demonstrated improved electrocatalytic performance for NO3RR compared with pristine TiO2. Cu/TiO2 exhibited the best performance among the three developed catalysts in terms of nitrate conversion, faradaic efficiency, and ammonia production rate, reaching 59.4%, 81%, and 1616.3 μg cm-2 h-1, respectively, at −0.8 V vs. RHE. Meanwhile, the highest ammonia selectivity was achieved by Fe/TiO2, with a selectivity of 68.5% at −0.6 V vs. RHE. These results demonstrate that the type of transition metal deposited on TiO2 plays a crucial role in determining the surface characteristics of the electrode, as well as its activity and selectivity for NO3RR to ammonia.

Item Type:	Thesis (Other)
Uncontrolled Keywords:	Reduksi ion nitrat, Amonia, Elektrokatalis, TiO2, Elektrodeposisi, Nitrate ion reduction, Ammonia, Electrocatalyst, Electrodeposition
Subjects:	Q Science Q Science > QD Chemistry Q Science > QD Chemistry > QD569 Electrocatalysis.
Divisions:	Faculty of Science and Data Analytics (SCIENTICS) > Chemistry > 47201-(S1) Undergraduate Thesis
Depositing User:	Ilham Iqbal Hasan
Date Deposited:	04 Aug 2026 07:41
Last Modified:	04 Aug 2026 07:41
URI:	http://repository.its.ac.id/id/eprint/142862

Actions (login required)

View Item