Perpustakaan Digital ITB

Sensor gas dibutuhkan di berbagai aspek, mulai dari industri, hingga lingkungan. ZnO merupakan salah satu material semikonduktor yang populer digunakan sebagai sensor gas dengan performa yang baik, relatif murah dan mudah diproduksi massal. Masih banyak informasi mengenai mekanisme deteksi gas oleh ZnO yang perlu dipelajari lebih dalam. Sejauh ini, diyakini bahwa deteksi terjadi karena adanya interaksi antara ion oksigen pada permukaan ZnO dengan gas target yang menimbulkan adanya fenomena chemiresitance. Ion oksigen ini terbentuk dari disosiasi molekul oksigen (O2) yang terikat di permukaan ZnO. Meskipun demikian, molekul O2 sangat sulit untuk teradsorpsi di permukaan ZnO stoikiometrik, namun lebih mudah terjadi pada permukaan ZnO yang memiliki cacat vakansi atom oksigen. Tetapi, pembentukan vakansi oksigen pada permukaan ZnO membutuhkan energi formasi yang tinggi sehingga sulit untuk direalisasikan pada temperatur rendah. Berdasarkan hal ini, perlu dicari konfigurasi ZnO lainnya yang mudah dibentuk serta dapat memfasilitasi adsorpsi ion oksigen dengan baik. Dalam penelitian ini, dilakukan studi ab initio untuk mempelajari mekanisme adsorpsi dan disosiasi molekul O2 pada permukaan ZnO(100) nonpolar dengan vakansi atom O, atom Zn, dan dimer ZnO, yang dibandingkan dengan permukaan ZnO(100) stoikiometrik. Komputasi dilakukan menggunakan DFT untuk menghitung energi dan transfer muatan dalam adsorpsi dan disosiasi oksigen. Hasilnya, diperoleh bahwa adsorpsi dan disosiasi oksigen hanya dapat terjadi pada permukaan ZnO(100) dengan vakansi atom O atau dimer ZnO. Diperoleh nilai energi adsorpsi molekul oksigen sebesar -1,61 eV dan energi disosiasi oksigen sebesar 0,82 eV (vakansi atom O), serta energi adsorpsi sebesar -0,08 eV dan energi disosiasi sebesar 1,60 eV (vakansi dimer ZnO). Sementara, permukaan bervakansi Zn dan stoikiometrik tidak dapat memfasilitasi mekanisme tersebut. Terkonfirmasi juga bahwa terdapat transfer muatan antara oksigen teradsorpsi dengan permukaan ZnO(100) yang menunjukkan adanya mekanisme chemiresistance.