Sintesis dan Karakterisasi Kerangka Logam Organik Co/Zr-UiO-66 dengan Perlakuan Asam Sulfat Serta Potensinya Sebagai Katalis dalam Fiksasi CO2

Ghazi Ghaiyyas Novero, Fajar Inggit Pambudi, S.Si., M.Sc., Ph.D.; Adhi Dwi Hatmanto, S.Si., M.Sc., Ph.D.

2025 | Skripsi | KIMIA

Sintesis  dan  karakterisasi  kerangka  logam  organik  Co/Zr-UiO-66 dengan perlakuan asam sulfat serta potensinya sebagai katalis dalam fiksasi CO2 menjadi siklik karbonat telah dilaksanakan. Variasi perlakuan Co/Zr-UiO-66 dilakukan untuk melihat perubahan struktur kristal, morfologi, serta interaksi antara Co(NO3)2 dan kerangka Zr- UiO-66 yang dianalisis melalui pendekatan DFT. Uji aktivitas katalitik dilakukan untuk  mengevaluasi  efektivitas  material  hasil  sintesis  dalam  mengkonversi  CO? menjadi produk yang bernilai tambah yaitu senyawa siklik karbonat. Sintesis Co/Zr-UiO-66 dilakukan menggunakan metode solvotermal, kemudian diberi  perlakuan menggunakan larutan H?SO?  0,1 M  dan 0,5 M  untuk  mengkaji perubahan struktur Co/Zr-UiO-66. Karakterisasi dilakukan menggunakan XRD, FE- SEM,  FTIR,  dan  XRF,  sementara  uji  aktivitas  katalitik  pada  reaksi  fiksasi  CO? dilakukan dengan mereaksikan epiklorohidrin dan CO? dalam reaktor tertutup pada suhu 80 °C selama 6 jam. Selain itu, kajian komputasi dengan metode DFT dilakukan untuk mengkaji interaksi antara ion Co2+ dan kerangka Zr-UiO-66. Material Co/Zr-UiO-66 dan Co/Zr-UiO-66 dengan perlakuan H?SO? berhasil disintesis melalui metode solvotermal dengan struktur kristal tetap terjaga meskipun mengalami perubahan komposisi dan morfologi akibat perlakuan dengan H?SO? yang dikuatkan dari nilai unit cell hasil analisis XRD. Nilai unit cell Co/Zr-UiO-66 dan Co/Zr-UiO-66 dengan perlakuan H?SO? 0,1 M serta 0,5 M berturut turut sebesar a = b = c = 20,79; 20,74, dan 20,74 (Å). Kajian komputasi menunjukkan bahwa penambahan  Co(NO?)?  tidak mengganggu struktur kristal dengan energi ikat yang cenderung negatif untuk menghasilkan kompleks Co/Zr-UiO-66 yang stabil. Aktivitas katalitik tertinggi diperoleh pada variasi Co/Zr-UiO-66 menggunakan perlakuan H?SO? 0,1 M dengan konversi 64,85%. 

Research on the synthesis and characterization of a Co/Zr-UiO-66 metal– organic framework with sulfuric acid treatment has been done to assess its potential as a catalyst for CO? fixation. The aim of this study was to synthesize and characterize Co/Zr-UiO-66 material treated with H?SO? as a catalyst in the CO? fixation reaction. Several Co/Zr-UiO-66 variations was performed to observe changes in the crystal structure,  morphology,  and  interactions  between   Co(NO?)? and  the  Zr-UiO?66 framework, which were analyzed using a DFT approach. Catalytic activity tests were conducted to evaluate the effectiveness of the synthesized material in converting CO? into value-added products. The synthesis of Co/Zr-UiO-66 was carried out via a solvothermal method using ZrCl?, BDC, and Co(NO?)?·6H?O as precursors, followed by treatment with 0,1 M  and  0,5 M  H?SO?  to  enhance  catalytic properties.  Characterization  was performed using XRD, FE-SEM, FTIR, and XRF, while catalytic activity in the CO? fixation reaction was tested by reacting epichlorohydrin and (C?H?)?NBr in a sealed reactor at 80 °C for 6 hours. Additionally, computational studies employing DFT with the CP2K software were carried out to examine interactions between Co2+ ions and the UiO?66 framework.The Co/Zr-UiO-66 material and its H?SO?-treated variants were successfully synthesized via a solvothermal method, maintaining their crystalline structure despite changes in composition and morphology due to H?SO? treatment, as confirmed by unit cell parameters from XRD analysis. The unit cell values for Co/Zr-UiO-66 and Co/Zr- UiO-66 treated with 0,1 M and 0.5 M H?SO? were a = b = c = 20,79; 20,74, and 20,74 Å, respectively. Computational studies showed that the addition of Co(NO?)? did not disrupt  the  crystal  structure,  with  binding  energy  values  tending  to  be  negative, indicating the formation of a stable Co/Zr-UiO-66 complex. The highest catalytic activity  was  observed  for  the  Co/Zr-UiO-66  sample  treated with  0,1  M  H?SO?, achieving  a  conversion  rate  of  64.85%.  This  demonstrates  that  H?SO?  treatment effectively enhances the catalytic performance of Co/Zr-UiO-66

Kata Kunci : asam sulfat, DFT, karakterisasi, kobalt, Zr-UiO-66