Perpustakaan Digital ITB

Fotokatalis tembaga (I) oksida (Cu2O) memiliki lebar celah pita 2,1 – 2,6 eV sehingga mampu memfasilitasi penyerapan foton pada spektrum cahaya tampak dengan baik. Namun, penggunaan Cu2O sebagai fotokatalis memiliki kendala berupa degradasi fasa menjadi logam tembaga (Cu) dan tembaga (II) oksida (CuO). Degradasi fasa menjadi logam Cu menghilangkan sifat semikonduktif Cu2O sehingga tidak mampu membangkitkan elektron – hole. Di sisi lain, CuO memiliki reaktivitas yang lebih rendah dibandingkan Cu2O. Degradasi fasa menjadi CuO dominan terjadi pada reaksi evolusi hidrogen akibat akumulasi hole yang tidak termanfaatkan di permukaan. Penelitian ini bertujuan untuk mengurangi akumulasi hole yang terjadi pada permukaan Cu2O(111) dengan penambahan atom hidrogen (hidrogenasi). Dari aspek struktur elektronik, mekanisme atom hidrogen dalam mengurangi konsentrasi dan mobilitas hole selanjutnya diselidiki dengan studi ab initio berbasis teori fungsional kerapatan dengan implementasi koreksi Hubbard (DFT+U). Simulasi DFT+U menunjukkan bahwa bulk Cu2O merupakan semikonduktor tipe-p dengan level akseptor yang dibangkitkan oleh vakansi atom Cu (VCu). VCu terdiri dari dua jenis, yaitu VCu sederhana dan pisah dengan nilai entalpi pembentukan berturut-turut sebesar 0,58 eV dan 0,33 eV untuk konsentrasi vakansi sebesar 2% atom. Ditinjau dari aspek struktur elektronik, VCu sederhana membangkitkan level akseptor terdelokalisasi. Sementara itu, VCu pisah membangkitkan level akseptor terlokalisasi dengan puncak yang terletak sejauh 0,11 eV di atas maksimum pita valensi (VBM + 0,11 eV). Perlakuan hidrogenasi dapat menempatkan atom H pada posisi VCu sehingga membentuk kompleks H – VCu. Atom H pada kompleks H – VCu mampu meredam level akseptor sehingga konsentrasi hole berkurang. Fenomena tersebut secara konsisten teramati pada bulk Cu2O dan permukaan Cu2O(111). Hidrogenasi juga dapat menempatkan atom H pada posisi interstisial. Atom H interstisial berinteraksi lemah dengan empat atom Cu di sekitarnya. Hal tersebut memicu elektron atom H membentuk level perangkap hole terlokalisasi yang terletak pada VBM + 0,56 eV. Berdasarkan model Shockley – Read tentang penangkapan hole, level perangkap hole yang terlokalisasi pada atom H dapat mengurangi mobilitas efektif hole. Namun, level perangkap hole terlokalisasi tidak terbentuk jika posisi atom H sedemikian hingga justru mengembalikan simetri struktur bulk Cu2O atau membentuk ikatan O–H. Studi DFT+U menunjukkan bahwa perlakuan hidrogenasi pada permukaan Cu2O(111) mampu mengurangi konsentrasi dan mobilitas hole sehingga akumulasi hole di permukaan menjadi berkurang.