Perpustakaan Digital ITB

Terbatasnya cadangan minyak dari bahan bakar fosil membuat para ilmuwan terpacu untuk mencari sumber energi alternatif dimana salah satunya adalah sel bahan bakar. Sel bahan bakar yang banyak dikembangkan adalah sel bahan bakar metanol (Direct Methanol Fuel Cell) karena memiliki beberapa keunggulan ditinjau dari ketersediaan bahan bakar metanol yang melimpah di Indonesia. Salah satu jenis katalis yang banyak digunakan dalam sel bahan bakar ini adalah platina (Pt). Untuk menghasilkan aktivitas katalis yang lebih baik, kandungan Pt harus optimal, berukuran nano dan terdistribusi merata di dalam elektroda. Beberapa peneliti sebelumnya telah menggunakan nata-de-coco sebagai matriks untuk mensintesis partikel nano. Namun studi fundamental mengenai pembuatan nanopartikel Pt ini belum dipelajari lebih jauh. Salah satu parameter penting yang perlu dipelajari adalah jenis prekursor sebagai material awal yang digunakan sebagai sumber Pt. Karena itu penelitian ini bertujuan untuk mempelajari pengaruh jenis prekursor Pt terhadap ukuran, jumlah dan sebaran partikel Pt di dalam matriks nata-de-coco serta fungsi katalitik Pt yang dihasilkan. Jenis prekursor yang digunakan dibatasi pada prekursor Pt(II) dan Pt(IV), yaitu K2PtCl4 dan PtCl4. Metode penelitian terdiri dari pembuatan nata-de-coco, sintesis partikel Pt, karakterisasi partikel Pt dan uji fungsi katalis Pt. Nata-de-coco diperoleh dari fermentasi air kelapa oleh Acetobacter xylinum dengan waktu fermentasi bervariasi antara 3 dan 12 hari. Nata-de-coco dibuat menjadi membran dan uji morfologi serta ukuran rongga membran dilakukan dengan metode SEM. Dari penelitian ini diperoleh kondisi optimal pembuatan nata-de-coco yaitu dengan waktu fermentasi 6 hari di mana ukuran rongga yang dihasilkan relatif kecil yaitu 44 nm dan distribusinya lebih merata dibandingkan nata-de-coco yang dihasilkan pada waktu fermentasi yang lain. Selanjutnya nata-de-coco yang dibuat dengan kondisi optimal ini digunakan sebagai matriks untuk mensintesis partikel Pt. Pada tahap penelitian berikutnya telah dipelajari pengaruh konsentrasi prekursor terhadap jumlah dan ukuran partikel Pt yang dihasilkan. Berdasarkan hasil karakterisasi dengan XRD dan SEM-EDS telah dibuktikan bahwa semua prekursor Pt telah tereduksi menjadi partikel Pt; yang didukung oleh database Pt dari ICSD No 76951. Di samping itu juga didapatkan bahwa ukuran partikel Pt yang diperoleh dipengaruhi oleh jenis dan konsentrasi prekursor Pt. Pada konsentrasi 30 mM, ukuran partikel Pt yang diperoleh dari prekursor K2PtCl4 berkisar antara 130 nm sampai 350 nm, sedangkan dari prekursor PtCl4 berkisar antara 40 nm sampai 1000 nm. Kandungan partikel Pt yang diperoleh dari kedua jenis prekursor Pt juga meningkat dengan bertambahnya konsentrasi prekursor Pt. Sebaliknya, jenis prekursor Pt kurang berpengaruh terhadap kandungan Pt. Pada tahap ini diperoleh konsentrasi optimal prekursor yaitu sebesar 20 mM yang digunakan untuk tahap sintesis berikutnya. Pada tahap berikutnya telah dipelajari pengaruh penggunaan Multiwall Carbon Nanotubes (MWCNT) pada matriks nata-de-coco terhadap karakteristik Pt yang dihasilkan. Metoda karakterisasi yang digunakan adalah XRD, SEM-EDS, TGA, TEM dan konduktivitas listrik membran. Disamping itu, partikel Pt juga diuji fungsi katalitiknya dengan metode voltammetri siklik, sedangkan kinerja katalis Pt telah diuji pada katoda sel tunggal DMFC menggunakan bahan bakar CH3OH 1 M yang dioperasikan pada suhu 40-80 ºC. Eksperimen dilakukan dengan dua urutan insersi yang berbeda. Pertama, insersi partikel Pt dilakukan sebelum MWCNT; kedua, insersi partikel Pt setelah MWCNT. Dari perbedaan urutan insersi ini telah diperoleh metoda terbaik yang menghasilkan kandungan partikel Pt yang lebih banyak, ukuran yang lebih kecil dan distribusi yang lebih homogen. Dari berbagai analisis tersebut dapat disimpulkan bahwa partikel Pt yang dihasilkan dari urutan insersi pertama lebih baik daripada urutan insersi kedua, khususnya ditinjau dari ukuran dan kandungan partikel Pt serta konduktivitas listrik membran. Partikel Pt yang dihasilkan dari prekursor K2PtCl4 memiliki ukuran kristal sebesar 5,01 nm dengan kandungannya sebesar 28,95% (massa) berdasarkan data EDS dan 1,02 mg/cm2 berdasarkan data TGA. Ukuran partikel Pt berkisar antara 4 dan 35 nm dengan ukuran partikel Pt rata-rata 11 ± 6 nm, sedangkan konduktivitas listriknya senilai 0,552 ± 0,001 S/cm. Sebaliknya, partikel Pt yang dihasilkan dari prekursor PtCl4 memiliki ukuran kristal sebesar 4,88 nm dengan kandungannya sebesar 50,63% (massa) berdasarkan data EDS dan 1,80 mg/cm2 berdasarkan data TGA. Ukuran partikel Pt berkisar antara 2 dan 9 nm dengan ukuran partikel Pt rata-rata 3 ± 1 nm; konduktivitas listriknya 1,092 ± 0,002 S/cm. Ini dapat dijelaskan melalui mekanisme pembentukan partikel Pt dari kedua prekursor Pt tersebut. Bila digunakan larutan prekursor PtCl4 terbentuk anion [PtCl4(OH)(H2O)]- dalam larutan air yang berinteraksi dengan selulosa (nata-de-coco). Disamping itu, anion ini memiliki struktur oktahedral yang relatif lebih ruah daripada anion [PtCl4]2- yang memiliki struktur segi empat datar. Dengan demikian, ketika gas hidrogen dialirkan, anion tersebut tereduksi menghasilkan partikel Pt yang menempel pada permukaan selulosa sehingga menghasilkan jumlah partikel Pt yang lebih banyak dan terdistribusi lebih merata. Sebaliknya, prekursor K2PtCl4 tidak membentuk anion seperti yang ditunjukkan pada prekursor PtCl4 dan partikel Pt yang dihasilkan membentuk aglomerasi. Oleh karena itu, kinerja partikel Pt dari jenis prekursor PtCl4 sebagai katalis menghasilkan rapat arus hasil voltammetri siklik sebesar 9,38 µA/cm2 dan rapat daya optimum dari sel tunggal DMFC sebesar 0,11 mW/cm2 pada rapat arus sebesar 1,01 mA/cm2. Selanjutnya, aktivitas katalis Pt terhadap massa partikel Pt yang diperoleh dari kedua jenis prekursor Pt relatif sama. Namun, partikel Pt dari prekursor PtCl4 pada elektroda lebih efisien sebagai katalis dibanding partikel Pt dari prekursor K2PtCl4.