Studi Interaksi Seng Oksida Didoping Nikel dengan Metilen Biru dan Metil Jingga

Oktavianti, Nanik Ismi (2021) Studi Interaksi Seng Oksida Didoping Nikel dengan Metilen Biru dan Metil Jingga. Masters thesis, Institut Teknologi Sepuluh Nopember.

[img] Text
01211950010014-Master_Thesis.pdf - Accepted Version
Restricted to Repository staff only

Download (3MB) | Request a copy

Abstract

Seng oksida (ZnO) merupakan salah satu semikonduktor yang paling banyak digunakan sebagai fotokatalis untuk degradasi polutan pewarna karena murah, non-toksik, memiliki energi celah pita yang lebar, dan kestabilan yang tinggi. Namun, ZnO hanya mampu menyerap cahaya di daerah ultraviolet dan mengalami rekombinasi pasangan elektron-lubang yang cepat. Salah satu cara untuk mengatasi hal tersebut yaitu doping menggunakan nikel karena jari-jari ion nikel mirip dengan seng, sehingga nikel dapat dengan mudah mengganti seng pada kisi ZnO. Akan tetapi, secara eksperimen variasi konsentrasi nikel dapat meningkatkan atau menurunkan performanya dalam mendegradasi pewarna. Hal ini menunjukkan bahwa adanya doping dapat mengubah sifat permukaan material yang memengaruhi sifat kimia material dalam mendegradasi pewarna. Namun, penjelasan fundamental pada tingkat molekuler untuk fenomena tersebut tidak dapat dijelaskan secara eksperimen terkait interaksi yang menyebabkan perubahan elektronik pada permukaan ZnO dengan transfer elektron yang terjadi. Pada penelitian ini dipelajari mengenai interaksi yang terjadi antara klaster ZnO dan Ni-ZnO terhadap metilen biru dan metil jingga serta air melalui studi komputasi dengan metode DFT pada basis set LANL2DZ dan fungsi pertukaran B3LYP, dimana model polutan pewarna yang digunakan yaitu metilen biru sebagai zat warna kationik dan metil jingga sebagai zat warna anionik. Hasil penelitian menunjukkan bahwa adanya doping dengan nikel dapat memperkecil energi celah pita dari 4,027 menjadi 3,005 eV yang menguntungkan untuk proses fotokatalitik. Doping dengan nikel juga menyebabkan adsorpsi lebih disukai pada pewarna metil jingga (anionik) terionisasi (saat berada pada keadaan pH > 3,8) dibandingkan dengan metilen biru (kationik) dengan energi adsorpsi sebesar -277,801 kJ/mol dan transfer muatan ±0,757 saat pewarna tidak terikat langsung pada atom nikel. Performa ZnO yang didoping nikel dalam mendegradasi pewarna dapat ditingkatkan dengan cara mendesain material agar atom nikel tidak berada di permukaan material. ================================================================================================= Zinc oxide (ZnO) is one of the most widely used semiconductors as a photocatalyst to degrade the dye pollutants due to low cost, non-toxic, wide bandgap, and high stability. However, ZnO only absorbs light in the ultraviolet region and occurs fast recombination in the formation of electron-hole pairs. One way to solve this problem is using nickel doping on ZnO because the ionic radii of Ni2+ and Zn2+ are very close, thus Ni2+ can substitute Zn2+ easily in the ZnO lattice. Nevertheless, the variation of nickel concentration can increase or decrease its performance in degrading the dye experimentally. It shows that the presence of doping can change the surface properties of the material which affects the chemical properties of the material in degrading the dye. However, the fundamental explanation at the molecular level for this phenomenon can not be explained experimentally in terms of the interactions that cause electronic changes on the ZnO surface with the electron transfers. In this research, we investigate the interaction of ZnO and nickel doped ZnO clusters to methylene blue, methyl orange, and water molecules through the computational study using the DFT method with LANL2DZ basis set and B3LYP functional exchange-correlation, with the dye pollutant model used is methylene blue as a cationic dye and methyl orange as an anionic dye. The result showed that the presence of nickel doping can reduce the bandgap energy from 4.027 to 3.005 eV which is beneficial for the photocatalytic process. Doping with nickel also causes adsorption preferably on ionized methyl orange (anionic) dyes (pH> 3.8) compared to methylene blue (cationic) with an adsorption energy of -277.801 kJ/mol and a charge transfer of ± 0.757 when the dye molecules do not attach directly to the nickel atom. The performance of nickel-doped ZnO in degrading dyes can be improved by designing the material so that the nickel atoms are not on the surface of the material.

Item Type: Thesis (Masters)
Uncontrolled Keywords: DFT, komputasi, metilen biru, metil jingga, ZnO, DFT, computation, methylene blue, methyl orange, ZnO
Subjects: Q Science > QD Chemistry > QD181.Z6 Zinc oxide
Q Science > QD Chemistry > QD716 Photocatalysis.
Divisions: Faculty of Science and Data Analytics (SCIENTICS) > Chemistry > 47101-(S2) Master Thesis
Depositing User: Nanik Ismi Oktavianti
Date Deposited: 10 Mar 2021 03:43
Last Modified: 10 Mar 2021 03:43
URI: https://repository.its.ac.id/id/eprint/83980

Actions (login required)

View Item View Item