Laporkan Masalah

SIMULASI DINAMIKA MOLEKUL STRUKTUR ANATASE-TITANIA (101) TERSULFATASI [TiO2/SO4^2-] DENGAN METODE DENSITY-FUNCTIONAL TIGHT-BINDING (DFTB)

DEBI NUR AFIFAH, Dr. Aulia Sukma Hutama, S.Si., M.Si. ; Prof. Dr. rer. nat. Karna Wijaya, M.Eng.

2021 | Skripsi | S1 KIMIA

Pada penelitian ini, struktur permukaan anatase TiO2 (101) tersulfatasi diteliti melalui simulasi dinamika molekul dengan metode Density-Functional Tight-Binding (DFTB) untuk menentukan konformasi struktur antarmuka TiO2/SO42- dengan kestabilan tinggi. Simulasi diawali dengan tahap optimasi geometri dan ekulibrasi permukaan TiO2 pada suhu 298,15 K. Pada tahap awal sintesis katalis TiO2/SO42- dilakukan pemodelan molekul. Untuk memodelkan interaksi TiO2 dengan larutan H2SO4 dalam air, yakni dengan diinteraksikan sebanyak 10 molekul H2SO4 dan 50 molekul H2O pada permukaan TiO2. Sistem diekulibrasi pada 298,15 K selama 10 ps. Sistem telah berada pada keadaan kesetimbangan, yakni ditandai dengan temperatur yang stabil dan terbentuknya ikatan antar atom dengan jumlah yang konstan. Setelah memastikan sistem setimbang, simulasi dilanjutkan simulasi selama 20 ps untuk menganalisis jumlah molekul yang teradsorpsi, ikatan yang terbentuk di permukaan, jarak rata-rata antara molekul dengan permukaan, serta spektrum vibrasi dari struktur TiO2/SO42-. Hasil dari penelitian menunjukkan bahwa interaksi larutan H2SO4 diawali dengan protonasi ke permukaan TiO2 dari 10 molekul H2SO4. Dengan adanya protonasi pada permukaan, 2 molekul sulfat teradsorpsi di permukaan dengan struktur HSO4-. Ion HSO4- terikat dengan permukaan TiO2 melalui mode ikatan O-Ti(HSO4^(2-))-O dengan panjang rata-rata Ti-Os 2,02 Amstrong dengan Os adalah atom oksigen dari ion sulfat. Analisis diperoleh juga bahwa 9 molekul H2O terikat dengan jarak rata-rata 2,1 Amstrong di atas permukaan TiO2. Berdasarkan hasil analisis vibrasi, terdapat puncak serapan pada: 305-605 cm^-1 yang menunjukkan Ti-O ulur atau Ti-O-Ti ulur, 1030 cm^-1 yang menunjukkan vibrasi asimetri S-O, 1513 cm^-1 yang menunjukkan vibrasi tekuk -OH, dan 3109-3227 cm^-1 yang menunjukkan vibrasi ulur -OH.

The surface structure of the sulfated TiO2 (101) anatase was investigated through molecular dynamics simulations using the Density-Functional Tight-Binding (DFTB) method to determine the conformation of the TiO2/SO42- interface structure with high stability. The simulation was started with the geometry optimization and equilibration of the TiO2 surface at 298.15 K. In the first step of the synthesis TiO2/SO42- catalyst, molecular modeling was carried out. The interaction between TiO2 and H2SO4 solution in water was modelled with 10 molecules of H2SO4 and 50 molecules of H2O over the surface of TiO2 (101). The system was equilibrated at 298.15 K for 10 ps. The system was in a state of equilibrium as indicated by the stability of the simulated temperature and constant interatomic bond number. Simulation for 20 ps aims to analyzed the number of adsorbed molecules, the bonds formed on the surface, the average distance between the molecules and the surface, and the vibrational spectrum of the TiO2/SO42- structure. The results of this study indicate that the interaction of the H2SO4 molecules begins with protonation on the TiO2 surface with 10 molecules of H2SO4. In the presence of protonation on the surface, two sulfate molecules adsorbed on the surface with the HSO4- structure. The HSO4- ion connected to the TiO2 surface through the O-Ti bond mode O-Ti(HSO4^(2-))-O with an average length of Ti-Os 2.02 Amstrong where Os is the oxygen atom of the sulfate ion. It was also found that 9 bonds of H2O molecules were bonded with an average distance of 2.1 Amstrong above the TiO2 surface. Based on the results of the vibration analysis, there were absorption peaks at: 305 - 605 cm^-1 which shows Ti-O stretching or Ti-O-Ti stretching, 1030 cm^-1 which shows asymmetric vibrations of SO, 1513 cm^-1 which shows bending vibrations of -OH, and 3109 - 3227 cm^-1 which shows the stretching vibration of -OH.

Kata Kunci : adsorpsi, DFTB, H2SO4, TiO2, dan vibrasi

  1. S1-2021-409460-abstract.pdf  
  2. S1-2021-409460-bibliography.pdf  
  3. S1-2021-409460-tableofcontent.pdf  
  4. S1-2021-409460-title.pdf