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

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