Presentasi Tugas Akhir - Studi Ab-Initio Mekanisme Water Splitting pada Fotokatalis TiO2 dengan Ketidakmurnian Nitrogen
•Als PPTX, PDF herunterladen•
1 gefällt mir•678 views
Dokumen tersebut merangkum hasil simulasi ab initio mengenai karakteristik elektronik TiO2 fasa rutile dengan variasi ketidakmurnian Nitrogen. Simulasi dilakukan menggunakan metode GGA-DFT untuk mempelajari pengaruh ketidakmurnian terhadap struktur pita elektronik dan mekanisme fotokatalisis watersplitting. Hasilnya menunjukkan ketidakmurnian menyebabkan perubahan band gap serta posisi pita valensi dan
Empfohlen
Weitere ähnliche Inhalte
Was ist angesagt?
Was ist angesagt? (20)
Andere mochten auch
Andere mochten auch (20)
Ähnlich wie Presentasi Tugas Akhir - Studi Ab-Initio Mekanisme Water Splitting pada Fotokatalis TiO2 dengan Ketidakmurnian Nitrogen
Ähnlich wie Presentasi Tugas Akhir - Studi Ab-Initio Mekanisme Water Splitting pada Fotokatalis TiO2 dengan Ketidakmurnian Nitrogen (6)
Presentasi Tugas Akhir - Studi Ab-Initio Mekanisme Water Splitting pada Fotokatalis TiO2 dengan Ketidakmurnian Nitrogen
- 1. OLEH: FAJAR FAUZI HAKIM (13305053) PEMBIMBING: IR. HERMAWAN K. DIPOJONO, MSEE.,PH.D., DR. IR. NUGRAHA, M. ENG.
- 2. H2O H CO2 tidak ramah lingkungan hanya UV 3% dari 2
- 3. SEMIKONDUKTOR FOTOKATALIS + - PITA KONDUKSI DISOSIASI MOLEKUL AIR (Watersplitting) 0V V vs NHE Oksidasi O2/H2O: 2H2O +4h+O2+4H+ band gap Potensial > +1.23 V (Eg)= 3 eV eV 1,23 V Reduksi H+/H2 : 2H+ + 2e- H2 photon Potensial < 0 V 2H2O + 4hv 2H2 + O2 3V MASALAH e+ h- e+ h- e+ h- e+ h- - + PITA VALENSI TITANIUM DIOKSID FASA RUTILE
- 4. Ketidakmurnian logam tingkat energi + - PITA KONDUKSI ketidakmurnian Ketidakmurnian non-logam 0V Modifikasi permukaan V vs NHE + - Eg = 3 eV PITA KONDUKSI eV MENCEGAH 1,23 V REKOMBINASI Fermi level ELECTRON TRAP ELEKTRON 0V V vs NHE Eg = 2,7 - 1,35 eV SESUAI eV Fermi level ENERGI 1,23 V CAHAYA 3V TAMPAK e+ h- e+ h- e+ h- e+ h- - + e+ h- e+ h- e+ h- e+ h- PITA VALENSI - PITA VALENSI + TITANIUMyang ingin dipecahkan pada penelitian ini adalah bagaimana membuat Permasalahan DIOKSID FASA RUTILE IDEAL suatu simulasi ab initio untuk material semikonduktor TiO2 fasa rutile dengan ketidakmurnian Nitrogen sebagai fotokatalis waterspliting.
- 5. Melakukan pemodelan dan melakukan simulasi ab initio material photocatalyst TiO2 dengan variasi ketidakmurnian N Mempelajari density of states (DOS) & struktur pita elektronik untuk menghitung band gap serta mempelajari posisi state dari ketidakmurnian Melakukan analisis mekanisme water splitting pada photocatalyst TiO2 dengan variasi ketidakmurnian N Metode simulasi: GGA-DFT (Generalized Gradient Approximations - Density Functional Theory) Software: Quantum ESPRESSO 4.2.0 TiO2 fasa rutile berstruktur kristal tetragonal Melihat karakteristik elektronik (struktur pita elektronik & DOS) Melihat perubahan band gap dan pita valensi dan konduksi terhadap TiO2 murni
- 6. Persiapan parameter input (pemodelan & optimalisasi struktur) Simulasi karakter elektronik (scf, band, nscf, dos) Plot grafik struktur pita elektronik & DOS
- 7. Rutile stabil, bandgap kecil 1 unit cell=4 atom O; 2 atom Ti Model simulasi: Supercell 2 x 2 x 2 (48 atom) 6 model struktur pada simulasi: • Murni • O vacancy • N Subtitusi O • N interstitial • N interstitial + O vacancy • N interstitial + N Subtitusi O Posisi N subtitusi O dan O vacancy Posisi N Interstitial
- 8. + PITA KONDUKSI eV vs Fermi level TINGKAT ENERGI ELECTRON TRAP Eg Fermi level KETIDAKMURNIAN e- e- e- e- e- e- e- PITA VALENSI - Mengkonfirmasi letak tingkat energi ketidakmurnian
- 9. Hasil: 1,63 eV Ref. : 1,88 eV [K. Yang et al.] 1,63 eV Eksperimen: 3 eV [J. Pascual et al.] Ef PK min (Pita konduksi minimum): 0,825 PV max (Pita valensi minimum): -0,805 K. Yang, Y. Dai, and B. Huang, “Understanding hasil ≠ eksperimen P-Doped TiO2 Photocatalytic Activity of S- and approksimasi DFT First-Principles,” J. under Visible Light from Phys. Chem., 111, pp. 18985-18994, 2007. Perubahan band gap & Perubahan posisi pita konduksi dan valensi K. Yang, Y. Dai, B. Huang, and hasil simulasi terhadap TiO2 murni S. Han, “Theoretical Study of N-Doped TiO2 Rutile Crystals,” J. Phys. Chem., 110, pp. 24011-24014, 2006.
- 10. Band gap: 1,84 eV PK min: 0,1 PV max: -2,04 Band gap: 1,63 eV PK min: 0,825 Ef PV max: -0,805 2,14 eV 1,84 eV
- 11. Band gap: 2,29 eV PK min: 1,75 PV max: -0,54 Band gap: 1,63 eV 1,76 eV PK min: 0,825 2,29 eV Ef PV max: -0,805 0,53 eV For rutile,the N 2p states extend about 0,4 eV into the band gap from the VB maximum. [Batzill et al.]
- 12. Band gap: 2,49 eV PK min: 1,85 PV max: -0,64 Band gap: 1,63 eV 2,005 eV 1,64 eV PK min: 0,825 0,595 eV 2,49 eV 2,12 eV 1,08 eV Ef PV max: -0,805
- 13. Band gap: 2,215 eV PK min: 0,11 PV max: -2,105 Band gap: 1,63 eV PK min: 0,825 Ef PV max: -0,805 1,05 eV 1,02 eV 2,215 eV 2,185 eV 0,88 eV
- 14. Band gap: 2,47 eV PK min: 1,81 PV max: -0,66 1,91 eV Band gap: 1,63 eV 0,99 eV 2,47 eV PK min: 0,825 Ef PV max: -0,805 1,55 eV
- 15. Δ Ek = PK min - PK min murni Δ Ev = PV min - PK min murni PITA KONDUKSI + - PITA KONDUKSI PITA KONDUKSI Δ Ek > 0 Δ Ek > 0 × Δ Ek < 0 0V V vs NHE Eg = 3 eV eV × PITA VALENSI Δ Ev < 1,67 1,23 V 1,67 V Δ Ev < 1,67 Δ Ev > 1,67 PITA VALENSI 3V - + PITA VALENSI TITANIUM DIOKSID FASA RUTILE
- 16. + PITA KONDUKSI PITA KONDUKSI PITA KONDUKSI Eg = 1,63 eV × eV Eg < 1,63 Eg > 1,63 Δ Ev > 1,67 e+ h- Eg < 1,63 PITA VALENSI - e+ h- PITA VALENSI PITA VALENSI TITANIUM DIOKSID FASA RUTILE
- 17. PK PK PK 2,12 + eV 1,91 eV 2,47 eV PK 1,84 eV 2,005 eV 1,64 eV PK PK 2,49 eV 1,63 eV 0,99 eV 2,29 eV 1,55 eV Fermi 0,595 eV 0 level e+ h- eV h+ e- 1,84 eV e+ h- 1,08 eV 1,05 eV h+ e- h+ e- e+ h- e+ h- PV 2,185 eV 1,02 eV PV PV PV N subtitusi O h+ e- N interstitial N interstitial MURNI + N subtitusi O 2,215 eV - 2,14 eV 0,88 eV e+ h- h+ e- PV PV O vacancy N interstitial + O vacancy
- 18. Eg Δ ΔEv ΔEk (eV) Murni 1,63 0 0 0 Vacancy O 2,14 0.51 -1,24 -1,03 Doping N subtitusi O 2,29 0.66 0,27 0,93 Doping N interstitial 2,49 0.86 0,65 1,03 Doping N interstitial + 2,185 0.59 -1,30 -0,75 Vacancy O “In both cases the doping is Doping N interstitial + N accompanied by the appearance of 2,47 0.84 0,71 0,99 well localized N 2p states above subtitusi O the O 2p valence band but in rutile the shift of the top of the valence “N doping results in no band gap and towards lower energies leads narrowing, but instead N 2p states to an increase of the band gap form within the band gap close to transition.” [Valentin et al.] the valence band maximum.” [Batzill et al.]
- 20. 20
- 21. „Mereproduksi penelitian dengan memberi TiO2 fasa rutile dengan ketidakmurnian lain misalnya logam transisi 3d atau non-logam lain dan melakukan analisis mekanisme watersplitting „Melakukan penghitungan simulasi dengan metode yang lebih akurat seperti GGA+U atau LDA+U „Meneliti aspek lain dari fotokatalisis untuk proses watersplitting seperti sifat-sifat optik dan karakteristik proses pada permukaan
- 22. ~Terima Kasih~
Hinweis der Redaktion
- Ab initio: Kalkulasi berdasarkan teori (besaran-besaran teoretik) tanpa melibatkan hasil eksperimenWatersplitting: Produksi hidrogen dari disosiasi molekul airFotokatalis: A photocatalyst is a substance that is able to produce, by absorption of light quanta,chemical transformations of the reaction participants, repeatedly coming with them into theintermediate chemical interactions and regenerating its chemical composition after eachcycle of such interactions.Photocatalysis is a change in the rate of chemical reactions or their generation under theaction of light in the presence of substances — called photocatalysts (already defined) –that absorb light quanta and are involved in the chemical transformations of the reactionparticipants.
- Hmm: Hidrogenbahan bakar OKdiproduksi dari bahan bakar fosilproduks sampinganhidrogen ga cleanditemukan produksi hidrogen dari disosiasi air dengan cahaya matahari (akira fujishima, kenichi honda, 1972)fotokatalisis: proses mempercepat reaksi dengan bantuan cahayabisa bikin produksi hidrogen lebih murah karena air dan matahari gratisnamunfotokatalis yang digunakan TiO2 hanya bisa merespon UV3% dari cahaya mataharitidak efisienwhy? It happenmar lihat teorinja
- Rekombinasi: natural, kecenderungan, emisi tergantung energiKalau di laser kan tereksitasi sampai jenuh, hubungannya? Kalau elektron dah abis materialnya jadi apa?perubahan fisik ga tahu, yang jelas ga bisa dipakeBentar, kalo elektron dari H2O pindah ke hole site, berarti ga ada elektron yang hilang kan?pas oksidasi yang hilang ionTekankan fungsi elektron dan hole untuk reduksi oksidasiVhat is vakum??? vacuum energy is a quantity we are not able to measure. It seems like a energy potential: the absolute value has no physical relevance, but the difference has a meaning: energy.In physics, the vacuum level refers to the energy of a free stationary electron that is outside of any material (it is in a perfect vacuum). It may be taken as infinitely far away from a solid or modified to be defined near a surfaceNHE adalah skala potensial reaksi elektrokimia redoks dengan standar 0 di reduksi hidrogen. semakin negatif, semakin cenderung tereduksi, semakin positif semakin cenderung oksidasi (perlu cek ke ganes)Oksidasi O2/H2O: 2H2O +4h+O2+4H+Potensial > +1.23V pH=0 (+0.82 V pada pH = 7)Reduksi H+/H2 : 2H+ + 2e- H2Potensial < 0V pH=0 (-0.41 V pada pH = 7)2H2O + 4hv 2H2 + O2
- Lebih tegaskan mekanisme rekombinasi, peran elektron trap, dan hubungannya sama pita strukturTambah level fermi di sini dan jelaskan perannya.Makin negatif Permasalahan bisa disingkat keywordnya aja: ab initio fotokatalis tio2 dengan ketidakmurnian N untuk watersplitting
- Hati-hati.... GGA DFT kan dah jelas salah, koq masih dipake? (referensi pa...)Bisa disingkat
- Relaxation, keknya ga perlu, lama lagi ngejelasinnyaIngat, rutile 20% anatase 80% (degussa p25) is better than rutile alone or anatase alone, so the research on rutile part is needed.TiO2 polymorphInterstitail adalah
- jembatan berpikir yang menghubungkan grafik2 pada slide 3-4 dengan pita struktur elektronik dan DOS, terutama dalam hubungannya dengan elektron trap.Band structure~grafik tingkat energi pada ruang resiprokalDOSjumlahstate/satuan volume padasuatutingkatenergi. untuk mengetahui orbital pemberitingkat energidi atas fermi:akseptorelectron trapdi bawah fermi:donormemperbesar valensi
- Prepare to be asked about magnatizationJelasin referensi buat apa?
- O vac State under conduction, cross fermiAdd: value of band gap, VB post. &CB post of pure.For comparation.Add arrow and value of band gap, scenario of excitation, dist. Between levels
- O vac State under conduction, cross fermiAdd: value of band gap, VB post. &CB post of pure.For comparation.Add arrow and value of band gap, scenario of excitation, dist. Between levels
- O vac State under conduction, cross fermiAdd: value of band gap, VB post. &CB post of pure.For comparation.Add arrow and value of band gap, scenario of excitation, dist. Between levels
- O vac State under conduction, cross fermiAdd: value of band gap, VB post. &CB post of pure.For comparation.Add arrow and value of band gap, scenario of excitation, dist. Between levels
- O vac State under conduction, cross fermiAdd: value of band gap, VB post. &CB post of pure.For comparation.Add arrow and value of band gap, scenario of excitation, dist. Between levels
- Lebih tegaskan mekanisme rekombinasi, peran elektron trap, dan hubungannya sama pita strukturTambah level fermi di sini dan jelaskan perannya.Makin negatif Permasalahan bisa disingkat keywordnya aja: ab initio fotokatalis tio2 dengan ketidakmurnian N untuk watersplitting
- Lebih tegaskan mekanisme rekombinasi, peran elektron trap, dan hubungannya sama pita strukturTambah level fermi di sini dan jelaskan perannya.Makin negatif Permasalahan bisa disingkat keywordnya aja: ab initio fotokatalis tio2 dengan ketidakmurnian N untuk watersplitting
- Lebih tegaskan mekanisme rekombinasi, peran elektron trap, dan hubungannya sama pita strukturTambah level fermi di sini dan jelaskan perannya.Makin negatif Permasalahan bisa disingkat keywordnya aja: ab initio fotokatalis tio2 dengan ketidakmurnian N untuk watersplitting
- Remember, band gap ~ valence to conductionAdd: negatif itu turun, positif itu naeyikApa itu Eg delta dll. Dan pengaruhnya apa ke penelitian
- The conservative result.State longer, if the result is fail, you are not fail, cite the reference about the unnarowing of teh band gap, experimental n computational.
- GGA+U? Refer to tujuan. Mungkin tambahannya~ tambah persentasi doping, pake selain TiO2
- Nuhun A!