digilib@itb.ac.id +62 812 2508 8800

Studi interaksi antar komponen penyimpan hidrogen (hydrogen storage ) yang berbasis grafit telah diinvestigasi secara teori dengan pendekatan metode teori fungsi kerapatan (DFT, Density Functional Theory ). Pada perhitungan ini, material grafit dibandingkan dengan grafit termodifikasi yaitu grafit interkalasi (GICs, graphite intercalated compounds ) khususnya oleh interkalat logam alkali (Li, Na dan K). Sifat struktur elektronik, energetika dan kontribusi orbital atom pada sistem hidrogen-grafit, GICs, dan hidrogen-GICs dipelajari melalui perhitungan pendekatan gradient-corrected PBE (Perdew-Burke- Ernzerhof ) untuk perolehan energi korelasi-pertukaran (exchange-correlation energy ). Perhitungan ini diperkuat oleh penggunaaan basis set gelombang datar (plane waves ), dan perhitungan interaksi elektron-inti menggunakan Ultrasoft Vanderbilt pseudopotential. Perhitungan komputasi menghasilkan empat kajian utama yaitu relaksasi geometri molekul, penentuan energi struktur pita elektronik (electronic bands structure energy ), kerapatan keadaan energy (density of state ), dan kontribusi orbital atom sistem melalui analisis perbedaan kerapatan muatan (charge density differences ). Perhitungan geometri relaksasi dan penentuan permukaan energi potensial yang dihitung melalui penelusuran molekul hidrogen di atas permukaan grafit, didapat RH •••C = 3.2 ?A pada posisi top sebagai posisi terbaik dengan energi minimum sebesar ?0.019eV . Perhitungan dilanjutkan dengan analisis energi pita elektron, density of state, dan kerapatan muatan elektron, yang menun- jukkan adanya peningkatan kontribusi orbital atom dari permukaan grafit ke molekul hidrogen, dengan membentuk hibridisasi orbital ?-? dan ??-?? pada daerah energi valensi dan konduksi. Investigasi untuk interaksi atom alkali pada permukaan grafit memberikan hasil yang identik untuk setiap atom alkali yaitu stabil pada posisi hollow dari permukaan grafit sebesar 1.7 ?A, 2.3 ?A, 2.6 ?A, dengan energi interaksi -1.37 eV, -0.66 eV, -0.96 eV, untuk logam Li, Na and K, secara berturut-turut. Interaksi dan kontribusi orbital atom membentuk hibridisasi 2s ? ?; 2p ? ? dan 3s ? ?; 3p ? ? pada daerah energi valensi dan hibridisasi 2s ? ??; 2p ? ?? dan 3s ? ??; 3p ? ?? pada daerah konduksi untuk logam Li dan Na, secara berturut-turut. Untuk logam K tidak melibatkan orbital p, sehingga hanya menghasilkan hibridisasi 4s ? sigma dan 4s ? ?? pada daerah energi valensi dan konduksinya. Perhitungan geometri relaksasi dan penentuan permukaan energi potensial untuk interaksi molekul H2 pada permukaan GICs dengan interkalat logam alkali (Li, Na, dan K) menghasilkan pola umbrella-like, dimana setiap molekul H2 akan mendekati dan mengelilingi di sekitar logam alkali. Konstruksi terbaik dari ketiga interkalat adalah logam Li, dimana pada sistem H2/Li/grafit menghasilkan pola perilaku yang diharapkan dari molekul hidrogen untuk digunakan sebagai penyimpanan hidrogen. Perhitungan dilanjutkan dengan analisis energi pita elektron, density of state, dan kerapatan muatan elektron, yang menunjukkan adanya peningkatan kontribusi orbital atom dari permukaan grafit ke molekul hidrogen, dengan membentuk hibridisasi orbital ?-2s ? ?; ?-2p ? ? dan ?-3s ? ?; ?-3p ? ? pada daerah energi valensi dan ??- 2s???; ??-2s??? dan ??-3s???; ??-3s??? pada daerah energi konduksi untuk interkalat logam Li dan Na, secara berturut-turut. Pada interkalat logam K tetap tidak melibatkan orbital p, sehingga hanya menghasilkan hibridisasi ?- 4s ? sigma dan ??-4s ? ?? pada daerah energi valensi dan konduksinya. Perhitungan kimia komputasi menunjukkan bahwa kehadiran atom Li memberikan model kapasitas hidrogen yang lebih baik dari pada kehadiran Na dan K. Hasil ini menunjukkan secara kualitatif, adanya peningkatan kapasitas penyimpanan hidrogen dari GICs, dimana untuk setiap satu atom alkali dapat mengadsorpsi enam molekul hidrogen.