Struktur Solvasi, Transport Ion dan Sifat Konduktivitas Ion pada Natrium bis(Trifluorometana Sulfonil)Imida (NaTFSI): Kajian Dinamika Molekuler Struktur Water-In-Salt

Alberto Krishna Ksatria Winning Kusuma, Dr.rer.nat. Niko Prasetyo, S.Si., M.Sc.; Dr.Sc. Aulia Sukma Hutama, S.Si., M.Si.

2024 | Tesis | S2 Ilmu Kimia

Kajian mengenai struktur solvasi, transport ion dan konduktivitas ion pada natrium bis(trifluorometana sulfonil)imida (NaTFSI) dengan keadaan water-in-salt telah dilakukan. Tujuan dari kajian ini adalah mempelajari struktur solvasi NaTFSI, transport dan konduktivitas ion Na+. Natrium bis(trifluorometana sulfonil)imida dengan konsentrasi 1, 5, 10 dan 20 m dilakukan simulasi dinamika molekuler klasik pada temperatur 298,15 K dan tekanan 0,9869 atm. Medan gaya yang digunakan adalah general Amber force field dan Austin Model 1-bond charge correction sebagai muatan parsial atom. Hasil simulasi dilakukan sampling selama 20 ns dengan ensembel NPT pada temperatur 298,15 K dan tekanan 0,9869 atm. Sampel trajekori dilakukan analisis fungsi distribusi radial, self-diffusion, transport ion Na+ dan konduktivitas ionik.

Analisis fungsi distribusi radial dilakukan antara ion Na+-OH2O, HH2O-OTFSI-, ion Na+--OTFSI- dan OH2O-OH2O. Hasil yang didapatkan adanya kesesuaian dengan eksperimen serta timbul jarak yang lebih panjang untuk fungsi distribusi radial antara OH2O-OH2O dengan meningkatnya konsentrasi NaTFSI. Nilai koefisien self-diffusion, transport ion Na} dan konduktivitas ionik tidak sebanding dengan konsentrasi NaTFSI. Penurunan signifikan nilai konstanta self-diffusion dan konduktivitas ionik, terjadi pada konsentrasi 10 m. Transport ion Na+ secara maksimal terjadi pada konsentrasi 10 m dan mengalami penurunan pada konsentrasi 20 m. Konduktivitas ionik menunjukkan tren penurunan yang disebabkan oleh peluang adanya pembentukan endapan NaTFSI pada konsentrasi tinggi.

Studies on structure, ion transport and conductivity of water-in-salt sodium bis(trifluoromethane sulfonyl)imide (NaTFSI) had been carried out. Purpose of this study is to describe the solvation structure of NaTFSI, Na+ ionic transport and conductivity. Water-in-salt NaTFSI with concentrations of 1, 5, 10 and 20 m were simulated using classical molecular dynamics simulations at 298.15 K and 0.9869 atm. General Amber force field and Austin Model 1-bond charge correction were used for force field and atomic partial charges, respectively. The simulation results were sampled for 20 ns using NPT ensemble at temperature 289.15 K and 0.9869 atm. The sample trajectory was analyzed for radial distribution function, self-diffusion, ion transport Na+ and ionic conductivity.

Radial distribution function analysis was performed between Na+-OH2O, HH2O-OTFSI-, Na+-OTFSI- and OH2O-OH2O ions. The results obtained were in accordance with the experiment and there was a longer distance for the radial distribution function between OH2O-OH2O with increasing NaTFSI concentration. The values of self-diffusion coefficient, Na+ ion transport and ionic conductivity were not proportional to the NaTFSI concentration. Significant decrease in the value of self-diffusion constant and ionic conductivity, occurred at a concentration of 10 m. The maximum ion transport of Na+ occurred at a concentration of 10 m and decreased at a concentration of 20 m. Ionic conductivity showed a decreasing trend caused by the possibility of NaTFSI precipitate formation at high concentrations.

Kata Kunci : solvasi, transport ion, konduktivitas ion, dinamika molekuler, NaTFSI, water-in-salt