Imobilisasi Nanopartikel Perak Pada UiO-66 Dengan Cacat Ligan dan Potensi Aplikasinya Sebagai Katalis Fiksasi Gas CO2 Dari Epiklorohidrin Menjadi Klorometil Etilen Karbonat

Nabila Nur Agusti, Fajar Inggit Pambudi, S.Si., M.Sc., Ph.D; Prof. Dr. Indriana Kartini, M.Si

2025 | Tesis | S2 Ilmu Kimia

Penelitian ini berfokus pada pengembangan katalis untuk reaksi fiksasi gas CO?, menjadi senyawa klorometil etilen karbonat dari bahan baku epiklorohidrin. Material katalis ini dikembangkan dengan berbasis Metal-Organic Framework (MOF) UiO-66 yang dimodifikasi secara struktural. Modifikasi dilakukan dalam dua tahap: pertama, penciptaan cacat (defect) ligan menggunakan modulator asam format untuk menghasilkan UiO-66(D); kedua, imobilisasi nanopartikel perak (AgNPs) ke dalam kerangka UiO-66(D). Keberhasilan sintesis dan sifat material dikonfirmasi melalui karakterisasi dengan menggunakan alat XRD, FTIR, isoterm adsorpsi-desorpsi N2, TEM, TGA-DSC, dan SR-UV, serta didukung oleh pemodelan Density Functional Theory (DFT) untuk mempelajari stabilitas penempatan AgNPs pada situs cacat.

Hasil karakterisasi mengonfirmasi keberhasilan sintesis material yang ditunjukkan oleh pola XRD khas UiO-66 serta morfologi kristal kubik dengan AgNPs sferis yang teramati melalui analisis SEM dan TEM. Analisis termal TGA-DSC memvalidasi modifikasi struktur dengan rumus molekul empiris Zr?O?,??(BDC)?,??. Lebih lanjut, pengukuran isoterm adsorpsi-desorpsi N2 menunjukkan adanya peningkatan luas permukaan spesifik pada sampel UiO-66(D) yang memfasilitasi aksesibilitas reaktan. Studi komputasi DFT mengungkapkan bahwa klaster Ag? memiliki stabilitas termodinamika tertinggi saat terimobilisasi pada situs cacat ligan. Dalam uji katalisis fiksasi CO? pada kondisi tekanan 1 atm selama 24 jam, katalis Ag@UiO-66(D) menunjukkan aktivitas superior dengan konversi sebesar 96,15%.

This study focuses on the development of a catalyst for the CO? fixation reaction, specifically converting epichlorohydrin into chloromethyl ethylene carbonate. The catalyst material was developed based on a structurally modified UiO-66 Metal-Organic Framework (MOF). The modification was performed in two stages: first, the creation of ligand defects using a formic acid modulator to yield UiO-66(D); and second, the immobilization of silver nanoparticles (AgNPs) onto the UiO-66(D) framework. The successful synthesis and material properties were confirmed via XRD, FTIR, N? adsorption-desorption isotherms, TEM, TGA-DSC, and SR-UV characterizations, supported by Density Functional Theory (DFT) modeling to investigate the stability of AgNPs deposited at the defect sites.

Characterization results confirmed the successful synthesis, indicated by the characteristic UiO-66 XRD patterns and the cubic crystal morphology with spherical AgNPs observed via SEM and TEM analysis. Thermal analysis (TGA-DSC) validated the structural modification with an empirical molecular formula of Zr?O?.??(BDC)?.??. Furthermore, N? adsorption-desorption isotherm measurements demonstrated an increase in the specific surface area of the UiO-66(D) sample, facilitating reactant accessibility. DFT computational studies revealed that the Ag? cluster exhibited the highest thermodynamic stability when immobilized at the ligand defect sites. In the catalytic CO? fixation test under 1 atm pressure for 24 hours, the Ag@UiO-66(D) catalyst demonstrated superior activity with a conversion of 96.15%.

Kata Kunci : DFT, fiksasi CO2, kerangka logam-organik, UiO-66