Perpustakaan Digital ITB

Krisis air bersih akibat kontaminasi polutan, khususnya senyawa nitroaromatik yang berasal dari sektor industri, farmasi, dan pertanian, merupakan isu lingkungan yang krusial. Reduksi katalitik senyawa nitroaromatik menjadi aminoaromatik berlangsung melalui transfer hidrida, menawarkan pendekatan yang efisien dan ramah lingkungan, serta meningkatkan nilai guna produk sebagai bahan baku dalam industri pelumas antikorosi dan sintesis obat. Pengembangan katalis berbasis logam non-mulia, seperti Cu, menawarkan solusi efisien dan ekonomis untuk transformasi polutan nitroaromatik menjadi aminoaromatik. Penelitian ini bertujuan mengembangkan komposit Cu/ZrO2 dalam matriks karbon sebagai kandidat katalis potensial yang merupakan turunan dari material Metal Organic Frameworks (MOFs) berbasis zirkonia, yakni MOFs-808. Komposit ini dihasilkan lewat kalsinasi CuCO3/MOFs-808 dalam dalam atmosfer udara pada suhu 400 selama 4 jam, dilanjutkan kalsinasi dalam atmosfer reduktif 10% H2/N2 selama 2 jam. Keberhasilan proses sintesis komposit Cu/ZrO2@C dikonfirmasi lewat analisis FTIR, XRD, SEM-EDX, TEM dan XPS. Dalam penelitian ini, dipelajari pengaruh variasi persentase Cu dalam komposit Cu/ZrO2@C terhadap kinerja katalitiknya yakni 5, 10, 15, 20, dan 25%. Komposit 20% Cu/ZrO2@C menunjukkan performa katalitik yang terbaik berdasarkan analisa UV-Vis dengan persentase konversi mencapai 99,60%, kobs 0,7151 menit-1 nilai konstanta aktivitasnya sebesar 0,3576 menit-1 mg-1 serta mengikuti jenis mekanisme Langmuir-Hinshelwood berdasarkan investigasi mekanistik yang dilakukan. Hasil penelitian menunjukkan bahwa kinerja katalis dipengaruhi oleh persentase loading Cu yang optimum sebesar 20%. Temuan ini mengindikasikan bahwa keberadaan fasa Cu? dalam sistem katalis memiliki peran yang signifikan terhadap peningkatan aktivitas katalitik dalam reaksi reduksi 4-nitrofenol. Fasa logam tersebut berkontribusi secara penting dalam memfasilitasi transfer hidrida dari spesies donor elektron (BH??) ke gugus nitro (–NO2) pada molekul 4-nitrofenol, yang pada akhirnya menghasilkan 4-aminofenol sebagai produk reduksi utama. Di sisi lain, keberadaan spesies Cu²? dalam bentuk CuO menunjukkan sifat yang kurang aktif dalam reaksi tersebut. Sifat oksidatif Cu²? menyebabkan kecenderungan untuk menerima elektron dari reduktan seperti NaBH?, yang dapat menimbulkan kompetisi dalam penyerapan elektron antara CuO dan substrat. Kondisi ini berpotensi menurunkan efisiensi proses reduksi karena mengganggu jalur transfer elektron yang seharusnya langsung menuju substrat. Kalkulasi berbasis density functional theory (DFT) dengan model pelarut air implisit (SMD, H?O) pada level B3LYP-D4/def2-TZVPD dilakukan untuk mengevaluasi indeks nukleofilisitas Fukui, karakteristik orbital molekul frontier (FMO), energi adsorpsi kompleks, dan analisis electron localization function (ELF). Selain itu, spektrum UV-Vis teoritis juga dihitung pada level CAM-B3LYP-D4/def2-TZVPD. Hasil kalkulasi menunjukkan bahwa produk utama dari proses transfer/transformasi hidrida senyawa 4-nitrofenol adalah 4-aminofenol. Hasil analisis performa katalitik terhadap variasi substrat nitroaromatik menunjukkan bahwa nilai kobs dan aktivitas katalis dipengaruhi oleh 2 faktor: jenis subtituen dan posisi subtituen yang berhubungan dengan sifat struktur dan elektroniknya. Analisis penggunaan berulang katalis menunjukkan penurunan kobs dan aktivitas seiring bertambahnya siklus karena berkurangnya massa katalis yang cukup untuk mengkatalisis reaksi.