Perpustakaan Digital ITB

Reaksi reduksi konversi CO2 menjadi berbagai macam turunannya merupakan salah satu upaya dalam mengurangi tingkat emisi gas rumah kaca, sekaligus memanfaatkan hasil turunannya pada berbagai macam sektor (industri, energi, dan lain-lain). Salah satu produk konversi CO2 ini, yakni asam format (HCOOH), mempunyai banyak kegunaan seperti sebagai carrier salah satu bahan bakar energi terbarukan dan ramah lingkungan berupa hidrogen, preservasi anti bakteri, dan prekursor sintesis. Katalis memegang peranan penting dalam reaksi konversi karena stabilitas dari ikatan antar atom-atom CO2 yang kuat sehingga mempunyai energi aktivasi atau barrier yang tinggi. Berbagai macam katalis homogen dan heterogen telah banyak digunakan, diteliti, dan dikembangkan hingga saat ini, dengan kelebihan dan tantangannya masing-masing. Katalis heterogen mempunyai kelebihan separasi yang relatif lebih mudah dan stabilitas yang tinggi, namun mempunyai kelemahan berupa selektivitas yang lebih rendah daripada jenis homogen. Modifikasi situs aktif katalis heterogen berbasis klaster berpenyangga sangat penting untuk merancang sistem katalis yang mempunyai aktivitas, stabilitas, dan selektivitas lebih baik. Paduan logam Pd dan Zn yang disangga dengan material ZrO2 adalah salah satu objek rancangan yang menjanjikan untuk katalis reaksi hidrogenasi CO2 menjadi HCOOH. Di samping itu, situs aktif katalitik aktif dan mekanisme reaksi detail masih belum diketahui. Dua model sistem katalis representatif diteliti dalam studi disertasi ini: permukaan PdZn(101) dan klaster subnanometer berpenyangga Pd5Zn/ZrO2. Kalkulasi basis DFT yang dikombinasikan dengan simulasi mikrokinetika digunakan untuk mengidentifikasi struktur dan konfigurasi optimal reaksi. Dari hasil kalkulasi dan simulasi, didapatkan bahwa Pd5Zn/ZrO2 memberikan konfigurasi adsorpsi dan pembentukan spesies intermediet yang jauh lebih stabil secara termodinamika. Lebih lanjut, rute format lebih dominan terjadi pada permukaan PdZn(101), berbeda dengan klaster Pd5Zn/ZrO2 yang mempunyai preferensi jalur karboksil pada mekanisme hidrogenasi CO2 menjadi HCOOH. Analisis struktur elektronik mengungkapkan karakteristik preferensi adsorpsi keadaan transisi dan intermediet yang terpusat pada atom-atom Pd-Zn-Zr di situs antarmuka klaster-penyangga, yang memberikan selektivitas terhadap jalur karboksil pada Pd5Zn/ZrO2. Perbandingan hasil simulasi mikrokinetika menunjukkan preferensi pembentukan COOH pada Pd5Zn/ZrO2 dibandingkan PdZn(101) pada suhu sedang hingga tinggi. Sistem katalis Pd5Zn/ZrO2 juga memproduksi paling banyak HCOOH dibanding permukaan PdZn pada suhu di atas 400 K, dengan reaksi pembentukan HCOO* adalah rate-determining step dari keseluruhan reaksi. ?