PERMUKAAN ENERGI POTENSIAL HIDROGEN PADA SISTEM GRAFIT TERINTERKALASI  INVESTIGASI TEORI FUNGSI KERAPATAN

Rahmat Gunawan; Melanie David; Hideaki Kasai; Muhamad  A. Martoprawiro; Cynthia  L. Radiman; Hermawan K. Dipojono

doi:10.21009/JRSKT.012.01

Rahmat Gunawan Program Studi Kimia, Universitas Mulawarman, Samarinda 75123, Kalimantan Timur, Indonesia
Melanie David Division of Precision Science and Technology and Applied Physics, Osaka University, Suita, Osaka, 565-0871, Japan
Hideaki Kasai Division of Precision Science and Technology and Applied Physics, Osaka University, Suita, Osaka, 565-0871, Japan
Muhamad A. Martoprawiro Kelompok Keilmuan Kimia Fisik dan Anorganik, Institut Teknologi Bandung, Bandung 40132, Indonesia
Cynthia L. Radiman Kelompok Keilmuan Kimia Fisik dan Anorganik, Institut Teknologi Bandung, Bandung 40132, Indonesia
Hermawan K. Dipojono Laboratorium Computational Material Design-Quantum Engineering, Institut Teknologi Bandung Bandung 40132, Indonesia

DOI: https://doi.org/10.21009/JRSKT.012.01

Abstract

Permukaan energi potensial untuk sistem hidrogen pada permukaan grafit terinterkalasi alkali (Li, Na dan K) telah diteliti, secara teoritis. Model struktural, sifat energik, dan elektronik dari hidrogen pada sistem alkali/grafit dihitung melalui teori fungsi kerapatan (DFT) dengan menggunakan pendekatan koreksi gradien Perdew-Burke-Ernzerhof (PBE). Perhitungan dilakukan dengan menggunakan basis set plane-wave, dan interaksi elektron-inti dijelaskan menggunakan pendekatan pseudopotential. Pada langkah pertama, permukaan energi potensial diperoleh dengan cara menghitung energi berbagai posisi molekul hidrogen pada permukaan grafit, yaitu di atas atom karbon (top), di atas ikatan C=C (bridge), dan di atas ring (hollow). Diperoleh hasil bahwa molekul hidrogen yang paling stabil adalah pada posisi top, dengan energi sebesar 3,2 eV pada jarak 0,019 A. Selanjutnya semua perhitungan dilakukan pada jarak 3,2 A dari permukaan grafit. Pada langkah berikutnya, permukaan energi potensial atom alkali (Li, Na, dan K) pada permukaan grafit memberi hasil bahwa atom alkali paling stabil pada posisi hollow dengan jarak antara Li, Na, dan K pada permukaan grafit adalah 1,7 A, 2,3 A, dan 2,6 A dengan energi minimum -1,37 eV, -0,66 eV dan -0,96 eV, secara berurutan. Dari data kerapatan muatan menunjukkan bahwa terjadi peningkatan transfer muatan elektron dari atom alkali terhadap orbital elektron pi grafit. Pada langkah terakhir, permukaan energi potensial minimum diperoleh pada variasi posisi hidrogen molekul pada sistem grafit terinterkalasi atom alkali, dan menunjukkan model permukaan energi potensial seperti yang ditunjukkan pada gambar di bawah. Diperoleh bahwa terdapat enam titik energi potensial terendah yang dapat ditempati oleh enem molekul hidrogen yaitu pada posisi bridge dari sistem ini. Jarak antara keenam molekul hidrogen dengan atom Li, Na, dan atom K adalah 2,6 A, 2,7 A, dan 2,8 A, dengan energi minimum -0,082 eV, eV dan -0,071 -0,079 eV, secara berurutan. Hal ini menunjukkan bahwa kehadiran atom Li memberikan nilai kapasitas yang lebih tinggi dibandingkan dengan atom Na dan K. Hasil ini mendukung dan menjelaskan secara kualitatif adanya peningkatan kapasitas penyimpanan hidrogen dalam sistem alkali-grafit.

kata kunci : Teori fungsi kerapatan, hidrogen, grafit terinterkalasi atom alkali