Perpustakaan Digital ITB

Reduksi CO2 secara elektrokimia merupakan salah satu upaya untuk mengurangi emisi gas rumah kaca di atmosfer serta pada saat yang bersamaan untuk menyintesis bahan kimia yang lebih bermanfaat daripada gas CO2. Salah satu tantangan dalam merancang sistem elektrokatalisis tersebut adalah mencari katalis yang selektif dan membutuhkan overpotensial yang rendah. Katalis atom tunggal berbasis Ni menun-jukkan potensi yang luar biasa, namun masih menyisakan permasalahan, antara lain sifat alami katalis tersebut yang belum terpahami sepenuhnya serta masih dite-mukan overpotensial yang cukup tinggi. Dalam penelitian ini, dilakukan evaluasi melalui studi ab initio untuk menentukan kestabilan termodinamika serta kecenderungan aktivitas reaksi elektroreduksi CO2 dari situs-situs aktif yang diposisikan pada tepi zigzag dan armchair dari penyangga grafena. Sebagai upaya untuk menurunkan overpotensial, diperkenalkan pula dopan BN pada katalis atom tunggal berbasis Ni tersebut. Melalui analisis energi formasi, situs dengan motif NiN4 yang terletak di posisi paling tepi penyangga grafena lebih stabil dibandingkan situs yang terletak di bagian lebih dalam. Substitusi dopan BN di dekat situs aktif NiN4 dapat menurunkan energi total sistem dan juga dapat menurunkan energi penghalang pada reaksi reduksi CO2 secara aktif (pada rute HCOOH) maupun pasif (pada rute CO). Keberadaan dopan BN juga secara umum dapat merubah selektivitas produk dari CO menjadi HCOOH. Situs t-NiN4BN-AGNR ditemukan memiliki selektivitas yang tinggi terhadap pembentukan HCOOH. Situs-situs pada tepi zigzag dan armchair memiliki kecenderungan untuk selektif terhadap berturut-turut pembentukan CO dan HCOOH, namun masih terhalang oleh reaksi kompetisi evolusi hidrogen. Prediksi kecenderungan secara energetika ini juga diperkuat dengan simulasi mikrokinetika melalui analisis rapat arus ternormalisasi. Untuk menekan reaksi kompetisi evolusi hidrogen, tidak cukup hanya dengan mencari pasangan pusat logam dan dopan yang tepat, mengingat posisi adsorpsi atom H yang umumnya terletak di atas atom C pada posisi yang berdekatan dengan pusat NiN4.