Perpustakaan Digital ITB

Penemuan material baru bernama Ti3C2 belasan tahun silam mendorong banyaknya penelitian mengenai modifikasi struktur atom, karakterisasi sifat, serta eksplorasi penggunaan suatu kelompok material bernama MXene. Kelompok material ini merupakan material dua dimensi yang terdiri dari lapisan atom logam transisi serta atom C atau atom N secara bergantian. Pembuatannya yang cenderung mudah menjadi salah satu faktor pendukung banyaknya penelitian mengenai MXene. Karena strukturnya yang unik, fenomena adsorpsi sering ditemukan dalam berbagai aplikasi MXene, misalnya elektroda baterai, katalis heterogen, dan sensor kimia. Telah banyak pemodelan struktur elektronik yang dilakukan untuk mengkaji interaksi antara suatu adsorbat dan MXene sebagai adsorben. Permukaan MXene dalam fasa larutan diketahui berikatan dengan atom-atom tertentu sebagai gugus terminasi, seperti atom H, O, dan F. Akan tetapi, penelitian yang melibatkan keberadaan gugus terminasi pada MXene masih sedikit. Oleh karena itu, sebuah penelitian perlu dilakukan untuk memodelkan fenomena adsorpsi pada permukaan MXene dengan lebih akurat. Molekul hidrogen digunakan sebagai adsorbat karena molekul tersebut memiliki struktur elektronik yang sangat sederhana dibandingkan model adsorbat lainnya. Pemodelan dilakukan menggunakan fungsional PBE dengan adanya koreksi dispersi D3 dan himpunan basis PAW. Model terdiri dari permukaan Ti3C2O2 lapis tunggal dalam supersel berukuran 3×3×1 dan sebuah molekul hidrogen di atasnya. Ti3C2O2 dipilih karena kestabilannya yang paling baik secara termodinamika dibandingkan jenis gugus terminasi yang lain. Atom O yang bertindak sebagai gugus terminasi juga tidak bisa diletakkan secara sembarangan. Energi ikat paling kuat ditentukan oleh posisi O yang mempertahankan geometri Ti. Pemodelan dilakukan secara periodik pada tiga arah, tetapi pemberian ruang vakum pada sumbu utama adsorpsi mencegah adanya interaksi antara molekul hidrogen dan permukaan di atasnya. Molekul hidrogen diletakkan di atas Ti3C2O2 dengan dua variasi orientasi, yaitu secara tegak lurus dan secara paralel terhadap permukaan Ti3C2O2. Selain itu, terdapat empat variasi posisi molekul hidrogen, yaitu pada situs top, fcc, hcp, dan bridge. Hasil perhitungan menunjukkan bahwa profil energi adsorpsi dan jarak O ? H mengindikasikan terjadinya fisisorpsi daripada kemisorpsi. Molekul hidrogen yang teroptimasi cenderung mempertahankan orientasinya, kecuali pada posisi bridge. Molekul hidrogen yang berorientasi tegak lurus pada posisi bridge bergerak seolah- olah menjadi berorientasi tegak lurus pada posisi fcc. Pergerakan molekul hidrogen disebabkan oleh adanya interaksi antara molekul hidrogen dan rapat muatan pada permukaan Ti3C2O2 yang terdistribusi pada atom-atom tertentu. Hal ini dapat menjelaskan pergerakan minor yang diamati pada variasi posisi awal lainnya, dengan kecenderungan untuk mendekat ke arah atom O dan menjauh dari atom Ti. Jika kontribusi antara perubahan geometri dan struktur elektronik dibandingkan terhadap energi adsorpsi, ditemukan bahwa perubahan struktur elektronik memiliki pengaruh yang lebih besar. Temuan ini juga ditunjukkan oleh adanya perubahan rapat muatan di sekitar molekul hidrogen dan atom O pada Ti3C2O2 serta interaksi antara keadaan elektronik atom O pada Ti3C2O2 dan atom H pada molekul hidrogen. Walaupun demikian, keadaan elektronik antara sebelum dan setelah adsorpsi molekul hidrogen tidak banyak perbedaannya.