STUDI TEORITIS SIFAT STRUKTUR DAN ELEKTRONIK MATERIAL TITANIUM DIOKSIDA DENGAN KALKULASI TEORI FUNGSIONAL KERAPATAN

Penulis

  • Muhammad Hilmy Alfaruqi Universitas Teknologi Sumbawa

Kata Kunci:

Titanium dioksida, Teori fungsional kerapatan, Anatase, Brookite, Variasi Hubbard

Abstrak

Titanium dioksida (TiO2) merupakan material penting yang dapat ditemukan di berbagai macam aplikasi. Di samping itu, keunikan TiO2 terletak pada kristal strukturnya yang sangat beragam seperti anatase, rutile, dan brookite. Pada penelitian ini, kami menyajikan hasil kajian teoritis sifat struktur dan elektronik material TiO2 anatase dan brookite menggunakan kalkulasi teori fungsional kerapatan. Simulasi pola difraksi sinar-X dari dua struktur tersebut juga diamati dan dibahas. Untuk sifat elektronik, kami melakukan kalkulasi selain tanpa memasukkan koreksi Hubbad penambahan koreksi Hubbard dengan berbagai nilai juga dilakukan. Penambahan koreksi Hubbard sangat berpengaruh pada nilai dari energi celah pita. Namun secara umum, hasil perhitungan menunjukkan TiO2 memiliki karakteristik semikonduktor. Studi ini dapat dijadikan bahan rujukan yang dapat digunakan untuk melakukan desain material khususnya TiO2 dan oksida lainnya.

Referensi

W.D. Callister Jr. dan Rethwisch, D.G., 2020. “Fundamentals of Materials Science and Engineering: An Integrated Approach”, John Wiley & Sons.

R. Vakulchuk, I. Overland, dan D. Scholten, “Renewable Energy and Geopolitics: A Review”, Renewable and Sustainable Energy Reviews, Vol. 122, hlm. 109547, 2020.

Z. Xing, J. Zhang, J. Cui, J. Yin, T. Zhao, J. Kuang, Z. Xiu, N. Wan, dan W. Zhou, “Recent Advances in Floating TiO2-based Photocatalysts for Environmental Application”. Applied Catalysis B: Environmental, Vol. 225, hlm. 452-467, 2018.

T. Zhu, dan S.P. Gao, “The Stability, Electronic Structure, and Optical Property of TiO2 Polymorphs,” The Journal of Physical Chemistry C, Vol. 118, hlm.11385-11396, 2014.

J. Prakash, S. Sun, H.C. Swart, dan R.K. Gupta, “Noble Metals-TiO2 Nanocomposites: from Fundamental Mechanisms to Photocatalysis, Surface Enhanced Raman Scattering and Antibacterial Applications,” Applied Materials Today, Vol. 11, hlm. 82-135, 2018.

K. Li, B. Li, J. Wu, F. Kang, J.K. Kim, dan T.Y. Zhang, “Ultrafast-Charging and Long-Life Li-ion Battery Anodes of TiO2-B and Anatase Dual-Phase Nanowires,” ACS Applied Materials & Interfaces, Vol. 9, hlm. 35917-35926, 2017.

V. Mathew, J. Gim, M.H. Alfaruqi, S. Kim, J. Song, J.P. Baboo, S. Kim, S. Park, D. Kim, dan J. Kim, “A Porous TiO2 Electrode Prepared by an Energy Efficient Pyro-synthesis for Advanced Lithium-Ion Batteries,” Journal of the Electrochemical Society, Vol. 162, hlm. A1220, 2015.

W.A. Thompson, C. Perier, dan M.M. Maroto-Valer, “Systematic Study of Sol-Gel Parameters on TiO2 Coating for CO2 Photoreduction,” Applied Catalysis B: Environmental, Vol. 238, hlm. 136-146, 2018.

Z. Rong, R. Malik, P. Canepa, G. Sai Gautam, M. Liu, A. Jain, K. Persson dan G. Ceder, “Materials Design Rules for Multivalent Ion Mobility in Intercalation Structures”, Chemistry of Materials, Vol. 27, hlm. 6016-6021, 2015.

A. Ismail, H.A. Prabowo dan M.H. Alfaruqi, “Potassium-Intercalated Manganese Dioxide as Lithium-ion Battery Cathodes: A Density Functional Theory Study”, Sinergi, Vol. 23, hlm. 55-60, 2019.

L. Suhaimi, S. Bahtiar, M.H. Alfaruqi, “Studi Teoritis Material Katoda Baterai Ion Litium LiFePO4 Berdasarkan Kalkulasi Teori Fungsional Kerapatan,” Hexagon, Vol. 1, hlm. 52-56, 2020.

P. Giannozzi, S. Baroni, N. Bonini, M. Calandra, R. Car, C. Cavazzoni, D. Ceresoli, G.L. Chiarotti, M. Cococcioni dan I. Dabo, “QUANTUM ESPRESSO: A Modular and Open-Source Software Project for Quantum Simulations of Materials”, Journal of Physics: Condensed Matter, Vol. 21, hlm. 395502, 2009.

P. Giannozzi, O. Andreussi, T. Brumme, O. Bunau, M.B. Nardelli, M. Calandra, R. Car, C. Cavazzoni, D. Ceresoli dan M. Cococcioni, “Advanced capabilities for materials modelling with Quantum ESPRESSO”, , Journal of Physics: Condensed Matter, Vol. 29, hlm. 465901, 2017.

J.P. Perdew, K. Burke dan M. Ernzerhof, “Generalized Gradient Approximation Made Simple”, Physical Review Letters, Vol. 77, hlm. 3865, 1996.

K. Momma dan F. Izumi, “VESTA: A Three-Dimensional Visualization System for Electronic and Structural Analysis”, Journal of Applied Crystallography, Vol. 41, hlm. 653-658, 2008.

K. Momma dan F. Izumi, “VESTA 3 for Three-Dimensional Visualization of Crystal, Volumetric and Morphology Data”, Journal of Applied Crystallography, Vol. 44, hlm. 1272-1276, 2011.

Repositori DFT TiO2, GitHub, https://github.com/hilmyalfaruq/DFT-TiO2

V. Aravindan, Y.S. Lee, R. Yazami, dan S. Madhavi, “TiO2 Polymorphs in ‘Rocking-Chair’ Li-Ion Batteries,” Materials Today, Vol. 18, hlm. 345-351, 2015.

B. Zhao, F. Chen, Q. Huang, dan J. Zhang, “Brookite TiO2 Nanoflowers,” Chemical communications, Vol. 34, hlm. 5115-5117, 2009.

Diterbitkan

2021-01-06