ANALISIS KINERJA KATALIS ATOM GANDA BERBASIS LOGAM BESI DAN NIKEL PADA GRAFENA DENGAN DOPING NITROGEN UNTUK REAKSI REDUKSI OKSIGEN DENGAN METODE DENSITY FUNCTIONAL THEORY

Abstract

Perkembangan global di segala bidang mengakibatkan krisis energi dan lingkungan yang memprihatinkan, mendorong perlunya pengembangan sumber energi baru dan bersih. Fuel cell menjadi salah satu sumber energi bersih yang menghasilkan listrik melalui reaksi reduksi-oksidasi. Proses reaksi reduksi pada fuel cell, dalam hal ini reaksi reduksi oksigen (ORR), cenderung lambat terjadi sehingga memerlukan katalis dalam prosesnya. Namun, platinum sebagai katalis yang umumnya digunakan dalam ORR dinilai mahal dan ketersediaannya sedikit di alam sehingga mengarahkan penelitian ini untuk mempelajari katalis atom ganda berbasis logam Besi dan Nikel pada grafena yang didoping nitrogen dengan menggunakan metode density functional theory (DFT), yang memiliki nilai ekonomis yang tinggi dan ketersediaan yang melimpah di alam. Dalam konfigurasi orto dan para, 12 model katalis terbukti stabil dalam simulasi DFT. Penelitian ini menganalisis proses ORR melalui mekanisme asosiatif pada enam jalur reaksi, yaitu A1, A2, B1, dan B2 untuk jalur yang menghasilkan H2O serta C1 dan C2 untuk jalur yang menghasilkan H2O2. Hanya tiga jalur, yakni A1, A2, B1, yang berhasil melakukan proses ORR, dengan kecenderungan logam Fe lebih disukai daripada Ni. Berdasarkan analisis termodinamika dan kinetika, model katalis dengan konfigurasi orto menunjukkan kinerja baik pada jalur A1 dibandingkan dengan Pt(111), dengan rentang potensial onset antara 0.63 hingga 0.80 eV. Pada jalur A2, tiga model katalis berhasil dalam rentang potensial onset -0.01 hingga 0.28 eV, sementara pada jalur B1, tiga model katalis berhasil dalam rentang potensial onset 0.24 hingga 0.29 eV.