STUDI INTERAKSI UJUNG TERBUKA SINGLE WALLED CARBON NANOTUBE (SWCNT) DENGAN MOLEKUL NH3.
STUDI INTERAKSI UJUNG TERBUKA SINGLE WALLED
CARBON NANOTUBE (SWCNT) DENGAN MOLEKUL NH3
SKRIPSI SARJANA KIMIA
Oleh
PUTRI AMANDA
BP : 1010412041
JURUSAN KIMIA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS ANDALAS
PADANG
2014
INTISARI
STUDI INTERAKSI UJUNG TERBUKA SINGLE WALLED CARBON
NANOTUBE (SWCNT) DENGAN MOLEKUL NH3
Oleh
Putri Amanda (1010412041)
Dibimbing oleh Imelda, M.Si dan Emdeniz, MS
Adsorbsi molekul pada Single Walled Carbon Nanotube (SWCNT) diketahui
dapat merubah sifat elektronik dari SWCNT. Pada Penelitian ini di pelajari
interaksi SWCNT ujung terbuka dengan molekul NH3. Penelitian mengenai
interaksi SWCNT ujung terbuka (8.0) dan (5.5) dengan molekul NH 3
menggunakan metoda Semiempiris AM1 dari paket
Hyperchem telah
dilakukan. Molekul NH3 mengalami interaksi secara fisika dan kimia pada
SWCNT ujung terbuka. Sebagian molekul NH3 di serap dan dilepaskan
(desorpsi), selain itu juga terjadi disosiasi NH3. Bahkan penjatuhan pada posisi
tertentu merubah struktur SWCNT ujung terbuka. Hasil penelitian menunjukkan
bahwa penjatuhan molekul NH3 tidak dapat merubah daya hantar listrik dari
SWCNT ujung terbuka. Penjatuhan molekul NH3 pada SWCNT ujung terbuka
(8.0) didapatkan energi gap (Δ E) pada range 2,409 – 3,2319 eV, sedangkan
pada SWCNT ujung terbuka (5.5) energi gap (Δ E) berada pada range 2,884 –
5,7519 eV. Perhitungan Energi Ikatan
(BE) dan energi adsorbsi (Eads)
menunjukkan bahwa untuk kedua jenis SWCNT ujung terbuka, penjatuhan
molekul NH3 menyebabkan peningkatan BE dan Eads seiring dengan
bertambahnya jumlah NH3 yang di jatuhkan. Penjatuhan NH3 pada SWCNT
ujung terbuka juga menyebabkan terbentuknya H2 dan N2H4. Hal ini
menunjukkan bahwa SWCNT ujung terbuka yang dijatuhkan molekul NH 3
selain sebagai penyimpan NH3 juga dapat berperan sebagai katalis dalam
pembentukan H2 dan N2H4.
Kata kunci: Single Walled Carbon Nanotube (SWCNT),NH3, AM1.
iv
ABSTRACT
Interaction Studies Of An Open-Ended Single Walled Carbon Nanotube
(SWCNT) With NH3 Molecules
By
Putri Amanda
Advised by Imelda, M.Si and Emdeniz, MS
Adsorption molecules of the open ended single walled Carbon nanotube (SWCNT)
known can change the electronic properties of SWCNT. In this experiment, the
interaction of open ended SWCNT with NH3 molecules was stuided. The experiment
of the interaction of an open ended SWCNT (8.0) and (5.5) with NH 3 molecule by
Semiempiris AM1 of HyperChem package has been done. NH3 molecules
experiecing physical and chemical interaction on open ended SWCNT. Most of
molecules NH3 was adsorbed and desorption, it also occured dissociate of NH3 and
adsorbed at certain position changed the structures of an open ended SWCNT. The
results showed that the adsorbed of NH3 molecules can not modify the electrical
conductivity of the open ended SWCNT. The range of energy gap for an open ended
SWCNT (8.0) is 2,409 eV-3,2319 eV, and on the open ended SWCNT (5.5) is 2,884
eV -5,7519 eV. The calculation of bonding energy (BE) and energy adsorbs (Eads)
showed that for both types of an open ended SWCNT, adsorbed of NH3 molecules
caused BE and Eads increase with increasing amounts of NH3 in the drop. The
adsorbed of NH3 on open ended SWCNT also caused the formation of H2, and N2H4. That results indicates an open ended of SWCNT being dropped as the keeper
of the NH3 molecules can also act as a catalyst in the formation of H2, and N2H4.
Keyword: Single Walled Carbon Nanotube (SWCNT),NH3, AM1.
v
BAB I. PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang Penelitian
Dimasa sekarang ini, penggunaan material berbahan dasar karbon sebagai
adsorben molekul telah banyak menarik perhatian. Hal ini karena sifat
adsorpsinya yang cukup bagus dibanding material lainnya. Material berbahan
dasar karbon tersebut diantaranya grafena, lapisan grafit, dan material karbon
]
yang berstruktur nano seperti Carbon nanotube[1 .
Carbon nanotube pertama kali ditemukan oleh pada tahun 1991[2-5],
merupakan material yang berasal dari susunan atom karbon yang berhibridisasi
sp2 yang berikatan satu sama lainnya membentuk struktur sarang lebah
(honeycomb)[4,6]. Carbon nanotube dianggap sebagai lembaran grafena yang
menggulung membentuk silinder berukuran nano. Carbon nanotube dapat di
gunakan sebagai adsorben dari berbagai macam unsur dan senyawa kimia.
Proses penyerapan suatu adsorbat pada Carbon nanotube tentu tidak berbeda
banyak dengan sikloheksena maupun grafena [7].
Sejak
ditemukannya
Carbon
nanotube,
banyak
penelitian
yang
dilakukan, terutama mengenai sifat elektronik, mekanik dan termalnya yang luar
biasa[8]. Carbon Nanotube berdinding tunggal
dapat bersifat baik sebagai
logam ataupun semikonduktor tergantung pada arah penggulungan (kiralitas)
dan diameternya
[9-12]
. Kiralitas dari Carbon nanotube ditunjukkan dengan indek
kiral (Ch), yang di tunjukan dengan (n,m). Untuk nanotube karbon dengan indek
kiral (n.0) disebut dengan zigzag, dan nanotube dengan indek kiral (n.n) disebut
armchair [13-17].
Selain perbedaan arah penggulungan dan diameter, perubahan sifat
elektronik dari Carbon nanotube, dapat disebabkan oleh beberapa hal salah
satunya yaitu akibat adanya adsorpsi molekul. Penelitian mengenai pengaruh
adsorpsi suatu molekul terhadap sifat elektronik Carbon nanotube telah banyak
dilakukan, yang menunjukan adanya adsorpsi molekul pada Single Walled
Carbon
nanotube
(SWCNT)
ternyata
berpengaruh
terhadap
sifat
elektroniknya[18]. Beberapa peneltian melaporkan, adanya adsorpsi gas seperti
O2, NO2, NH3 ternyata mengubah sifat konduktivitas listrik Carbon nanotube
1
secara drastis[19]. Diantaranya investigasi pengaruh adsorpsi gas O2 pada
dinding SWCNT berukuran kecil yang ternyata mengubah sifat elektroniknya
secara signifikan[20], investigasi sifat elektronik dari SWCNT (armchair (5.5)
(10,10) dan zigzag (10.0) (17.0) dengan adanya adsorpsi beberapa molekul gas
( NO2, O2, NH3, N2, CO2, CH4, H2O,H2, Ar)[21] pada dinding SWCNT, selain itu
juga telah dilakukan optimasi terhadap adsorpsi gas Nitrogen pada dinding
Carbon nanotube (armchair (4.4) dan zigzag (5.0)[22], dan adsorpsi H2O
mempengaruhi sifat elektronik dari SWCNT ujung terbuka ( armchair (5.5)) [2].
Seperti terlihat pada penelitian - penelitian diatas, dan juga dari
penelusuran yang telah dilakukan, studi mengenai adsorpsi gas pada SWCNT
dan pengaruhnya terhadap sifat elektroniknya telah banyak dilakukan. Namun,
studi yang dilakukan lebih berfokus pada fungsi dinding Carbon nanotube
tersebut, dimana perubahan sifat elektronik disebabkan karena adsorpsi
molekul pada dinding Carbon nanotube. Selain itu Carbon nanotube diketahui
memiliki reaktivitas yang berbeda pada bagian dinding dan ujung terbukanya,
dan penelitian menggunakan adsorbat NH3 masih belum banyak di lakukan
dengan jumlah molekul yang lebih dari satu molekul.
Berdasarkan uraian diatas, maka penulis tertarik untuk melakukan
penelitian yang berjudul “Studi Interaksi Ujung Terbuka Single Walled Carbon
Nanotube (SWCNT) dengan Molekul NH3”.
2
1.2 Perumusan Masalah
Mengingat luasnya ruang lingkup penelitian tentang Carbon Nanotube dan NH3
maka permasalahan akan dibatasi demi terarahnya kegiatan penelitian. Dari
latar belakang, maka yang menjadi permasalahan dari penelitian ini antara lain :
1. Bagaiamana interaksi SWCNT ujung terbuka dengan molekul NH3
2. Bagaimana pengaruh interaksi molekul NH3 terhadap energi gap (Δ E),
energi Ikatan (BE) dan energi adsorpsi SWCNT ujung terbuka.
3. Bagaimana pengaruh perbedaan kiralitas dari SWCNT ujung terbuka
yang digunakan terhadap sifat daya hantar listrik dari SWCNT ujung
terbuka
4. Bagaimana peran SWCNT ujung terbuka terhadap molekul NH 3
1.3 Tujuan penelitian
Tujuan penelitian Ini adalah
1. Mempelajari bagaimana interaksi SWCNT ujung terbuka dengan molekul
NH3
2. Mempelajari pengaruh interaksi molekul NH3 terhadap struktur, energi
gap (Δ E) dan energi Ikatan (BE) dan energi adsorpsi SWCNT ujung
terbuka.
3. Mempelajari pengaruh perbedaan kiralitas dari SWCNT ujung terbuka
terhadap terhadap sifat daya hantar listrik SWCNT ujung terbuka.
4. Mempelajari peran SWCNT ujung terbuka terhadap molekul NH3
1.4 Manfaat penelitian
Adapun manfaat penelitian ini adalah :
1. Memberikan informasi pengaruh interaksi molekul NH3 pada struktur
SWCNT ujung terbuka.
2. Memberikan informasi pengaruh adsorpsi gas NH3 pada energi gap (Δ E)
dan energi Ikatan (BE) dan energi adsorpsi SWCNT ujung terbuka.
3. Memberikan informasi pengaruh perbedaan kiralitas dari SWCNT
terhadap sifat daya hantar listrik SWCNT ujung terbuka.
4. Mengetahui peran SWCNT ujung terbuka terhadap molekul NH3
3
CARBON NANOTUBE (SWCNT) DENGAN MOLEKUL NH3
SKRIPSI SARJANA KIMIA
Oleh
PUTRI AMANDA
BP : 1010412041
JURUSAN KIMIA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS ANDALAS
PADANG
2014
INTISARI
STUDI INTERAKSI UJUNG TERBUKA SINGLE WALLED CARBON
NANOTUBE (SWCNT) DENGAN MOLEKUL NH3
Oleh
Putri Amanda (1010412041)
Dibimbing oleh Imelda, M.Si dan Emdeniz, MS
Adsorbsi molekul pada Single Walled Carbon Nanotube (SWCNT) diketahui
dapat merubah sifat elektronik dari SWCNT. Pada Penelitian ini di pelajari
interaksi SWCNT ujung terbuka dengan molekul NH3. Penelitian mengenai
interaksi SWCNT ujung terbuka (8.0) dan (5.5) dengan molekul NH 3
menggunakan metoda Semiempiris AM1 dari paket
Hyperchem telah
dilakukan. Molekul NH3 mengalami interaksi secara fisika dan kimia pada
SWCNT ujung terbuka. Sebagian molekul NH3 di serap dan dilepaskan
(desorpsi), selain itu juga terjadi disosiasi NH3. Bahkan penjatuhan pada posisi
tertentu merubah struktur SWCNT ujung terbuka. Hasil penelitian menunjukkan
bahwa penjatuhan molekul NH3 tidak dapat merubah daya hantar listrik dari
SWCNT ujung terbuka. Penjatuhan molekul NH3 pada SWCNT ujung terbuka
(8.0) didapatkan energi gap (Δ E) pada range 2,409 – 3,2319 eV, sedangkan
pada SWCNT ujung terbuka (5.5) energi gap (Δ E) berada pada range 2,884 –
5,7519 eV. Perhitungan Energi Ikatan
(BE) dan energi adsorbsi (Eads)
menunjukkan bahwa untuk kedua jenis SWCNT ujung terbuka, penjatuhan
molekul NH3 menyebabkan peningkatan BE dan Eads seiring dengan
bertambahnya jumlah NH3 yang di jatuhkan. Penjatuhan NH3 pada SWCNT
ujung terbuka juga menyebabkan terbentuknya H2 dan N2H4. Hal ini
menunjukkan bahwa SWCNT ujung terbuka yang dijatuhkan molekul NH 3
selain sebagai penyimpan NH3 juga dapat berperan sebagai katalis dalam
pembentukan H2 dan N2H4.
Kata kunci: Single Walled Carbon Nanotube (SWCNT),NH3, AM1.
iv
ABSTRACT
Interaction Studies Of An Open-Ended Single Walled Carbon Nanotube
(SWCNT) With NH3 Molecules
By
Putri Amanda
Advised by Imelda, M.Si and Emdeniz, MS
Adsorption molecules of the open ended single walled Carbon nanotube (SWCNT)
known can change the electronic properties of SWCNT. In this experiment, the
interaction of open ended SWCNT with NH3 molecules was stuided. The experiment
of the interaction of an open ended SWCNT (8.0) and (5.5) with NH 3 molecule by
Semiempiris AM1 of HyperChem package has been done. NH3 molecules
experiecing physical and chemical interaction on open ended SWCNT. Most of
molecules NH3 was adsorbed and desorption, it also occured dissociate of NH3 and
adsorbed at certain position changed the structures of an open ended SWCNT. The
results showed that the adsorbed of NH3 molecules can not modify the electrical
conductivity of the open ended SWCNT. The range of energy gap for an open ended
SWCNT (8.0) is 2,409 eV-3,2319 eV, and on the open ended SWCNT (5.5) is 2,884
eV -5,7519 eV. The calculation of bonding energy (BE) and energy adsorbs (Eads)
showed that for both types of an open ended SWCNT, adsorbed of NH3 molecules
caused BE and Eads increase with increasing amounts of NH3 in the drop. The
adsorbed of NH3 on open ended SWCNT also caused the formation of H2, and N2H4. That results indicates an open ended of SWCNT being dropped as the keeper
of the NH3 molecules can also act as a catalyst in the formation of H2, and N2H4.
Keyword: Single Walled Carbon Nanotube (SWCNT),NH3, AM1.
v
BAB I. PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang Penelitian
Dimasa sekarang ini, penggunaan material berbahan dasar karbon sebagai
adsorben molekul telah banyak menarik perhatian. Hal ini karena sifat
adsorpsinya yang cukup bagus dibanding material lainnya. Material berbahan
dasar karbon tersebut diantaranya grafena, lapisan grafit, dan material karbon
]
yang berstruktur nano seperti Carbon nanotube[1 .
Carbon nanotube pertama kali ditemukan oleh pada tahun 1991[2-5],
merupakan material yang berasal dari susunan atom karbon yang berhibridisasi
sp2 yang berikatan satu sama lainnya membentuk struktur sarang lebah
(honeycomb)[4,6]. Carbon nanotube dianggap sebagai lembaran grafena yang
menggulung membentuk silinder berukuran nano. Carbon nanotube dapat di
gunakan sebagai adsorben dari berbagai macam unsur dan senyawa kimia.
Proses penyerapan suatu adsorbat pada Carbon nanotube tentu tidak berbeda
banyak dengan sikloheksena maupun grafena [7].
Sejak
ditemukannya
Carbon
nanotube,
banyak
penelitian
yang
dilakukan, terutama mengenai sifat elektronik, mekanik dan termalnya yang luar
biasa[8]. Carbon Nanotube berdinding tunggal
dapat bersifat baik sebagai
logam ataupun semikonduktor tergantung pada arah penggulungan (kiralitas)
dan diameternya
[9-12]
. Kiralitas dari Carbon nanotube ditunjukkan dengan indek
kiral (Ch), yang di tunjukan dengan (n,m). Untuk nanotube karbon dengan indek
kiral (n.0) disebut dengan zigzag, dan nanotube dengan indek kiral (n.n) disebut
armchair [13-17].
Selain perbedaan arah penggulungan dan diameter, perubahan sifat
elektronik dari Carbon nanotube, dapat disebabkan oleh beberapa hal salah
satunya yaitu akibat adanya adsorpsi molekul. Penelitian mengenai pengaruh
adsorpsi suatu molekul terhadap sifat elektronik Carbon nanotube telah banyak
dilakukan, yang menunjukan adanya adsorpsi molekul pada Single Walled
Carbon
nanotube
(SWCNT)
ternyata
berpengaruh
terhadap
sifat
elektroniknya[18]. Beberapa peneltian melaporkan, adanya adsorpsi gas seperti
O2, NO2, NH3 ternyata mengubah sifat konduktivitas listrik Carbon nanotube
1
secara drastis[19]. Diantaranya investigasi pengaruh adsorpsi gas O2 pada
dinding SWCNT berukuran kecil yang ternyata mengubah sifat elektroniknya
secara signifikan[20], investigasi sifat elektronik dari SWCNT (armchair (5.5)
(10,10) dan zigzag (10.0) (17.0) dengan adanya adsorpsi beberapa molekul gas
( NO2, O2, NH3, N2, CO2, CH4, H2O,H2, Ar)[21] pada dinding SWCNT, selain itu
juga telah dilakukan optimasi terhadap adsorpsi gas Nitrogen pada dinding
Carbon nanotube (armchair (4.4) dan zigzag (5.0)[22], dan adsorpsi H2O
mempengaruhi sifat elektronik dari SWCNT ujung terbuka ( armchair (5.5)) [2].
Seperti terlihat pada penelitian - penelitian diatas, dan juga dari
penelusuran yang telah dilakukan, studi mengenai adsorpsi gas pada SWCNT
dan pengaruhnya terhadap sifat elektroniknya telah banyak dilakukan. Namun,
studi yang dilakukan lebih berfokus pada fungsi dinding Carbon nanotube
tersebut, dimana perubahan sifat elektronik disebabkan karena adsorpsi
molekul pada dinding Carbon nanotube. Selain itu Carbon nanotube diketahui
memiliki reaktivitas yang berbeda pada bagian dinding dan ujung terbukanya,
dan penelitian menggunakan adsorbat NH3 masih belum banyak di lakukan
dengan jumlah molekul yang lebih dari satu molekul.
Berdasarkan uraian diatas, maka penulis tertarik untuk melakukan
penelitian yang berjudul “Studi Interaksi Ujung Terbuka Single Walled Carbon
Nanotube (SWCNT) dengan Molekul NH3”.
2
1.2 Perumusan Masalah
Mengingat luasnya ruang lingkup penelitian tentang Carbon Nanotube dan NH3
maka permasalahan akan dibatasi demi terarahnya kegiatan penelitian. Dari
latar belakang, maka yang menjadi permasalahan dari penelitian ini antara lain :
1. Bagaiamana interaksi SWCNT ujung terbuka dengan molekul NH3
2. Bagaimana pengaruh interaksi molekul NH3 terhadap energi gap (Δ E),
energi Ikatan (BE) dan energi adsorpsi SWCNT ujung terbuka.
3. Bagaimana pengaruh perbedaan kiralitas dari SWCNT ujung terbuka
yang digunakan terhadap sifat daya hantar listrik dari SWCNT ujung
terbuka
4. Bagaimana peran SWCNT ujung terbuka terhadap molekul NH 3
1.3 Tujuan penelitian
Tujuan penelitian Ini adalah
1. Mempelajari bagaimana interaksi SWCNT ujung terbuka dengan molekul
NH3
2. Mempelajari pengaruh interaksi molekul NH3 terhadap struktur, energi
gap (Δ E) dan energi Ikatan (BE) dan energi adsorpsi SWCNT ujung
terbuka.
3. Mempelajari pengaruh perbedaan kiralitas dari SWCNT ujung terbuka
terhadap terhadap sifat daya hantar listrik SWCNT ujung terbuka.
4. Mempelajari peran SWCNT ujung terbuka terhadap molekul NH3
1.4 Manfaat penelitian
Adapun manfaat penelitian ini adalah :
1. Memberikan informasi pengaruh interaksi molekul NH3 pada struktur
SWCNT ujung terbuka.
2. Memberikan informasi pengaruh adsorpsi gas NH3 pada energi gap (Δ E)
dan energi Ikatan (BE) dan energi adsorpsi SWCNT ujung terbuka.
3. Memberikan informasi pengaruh perbedaan kiralitas dari SWCNT
terhadap sifat daya hantar listrik SWCNT ujung terbuka.
4. Mengetahui peran SWCNT ujung terbuka terhadap molekul NH3
3