Saat ini dibutuhkan perubahan atau inovasi dalam pembuatan amonia yang lebih ramah lingkungan dan mengurangi penggunaan bahan bakar fosil. Salah satu alternatifnya yaitu dengan memanfaatkan konsep reduksi fotoelekrokimia menggunakan material semikonduktor TiO2. Pada penelitian ini, dilakukan modifikasi TiO2 Nanotube Array (TNA) melalui metode anodisasi, dan dilanjutkan dengan reduksi secara elektrokimia untuk mendapatkan spesi TiO2 dengan populasi Ti3+ yang diperkaya (Blue TiO2 dan Black TiO2), disertai variasi annealing yang berbeda untuk mempelajari pengaruhnya terhadap morfologi dan karakteristik fotoelektrokimia. Selanjutnya dilakukan evaluasi kinerja White TiO2, Blue TiO2 dan Black TiO2 Nanotube Array (TNA) sebagai elektroda pada sistem fotoelektrokimia untuk konversi N2 menjadi amonia. Hasil penelitian menunjukkan modifikasi TiO2 dengan metode self-doping menghasilkan blue TiO2 dan black TiO2 Nanotube Array (TNA) yang memiliki morfologi dan aktivitas fotoelektrokimia lebih baik berdasarkan hasil karakterisasi yang diperoleh dengan adanya spesi Ti3+ dan oxygen vacancy yang terbentuk. Berdasarkan karakterisasi FTIR intensitas Ti-O-Ti semakin berkurang akibat semakin banyaknya spesi Ti3+ dan oxygen vacancy. Hal ini mempengaruhi pergeseran band gap dari 3,2 eV menjadi <3,2 eV. Selain itu, Lama waktu annealing mempengaruhi aktivitas fotoelektrokimia dari White TiO2, Blue TiO2 dan Black TiO2 Nanotube Array (TNA). semakin lama waktu annealing semakin banyak spesi Ti3+ yang terbentuk sehingga meningkatkan aktivitas fotoelektrokimia. namun jika melewati batas maksimum Ti3+ akan ter-reoksida kembali dan menurunkan aktivitas fotoelektrokimia. Berdasarkan hasil XRD waktu anneling tidak secara signifikan mempengaruhi fasa kristal, namum mempengaruhi ukuran kristal. Photocurrent tertinggi diperoleh pada Blue TiO2 dengan densitas arus sebesar 0,0301 mA/cm-2 pada penyinaran sinar UV. Onset potensial OER paling rendah dan onset potensial HER, NRR paling tinggi didapatkan pada Blue TiO2. Pada pengaplikasian konversi N2 menjadi amonia menggunakan sistem PEC dengan fotoanoda Black TiO2 Sedangkan untuk katoda gelap menggunakan White TiO2 waktu anneling 4 jam, Blue TiO2 waktu anneling 2 jam dan Black TiO2 waktu anneling 2 jam pada kondisi penerangan gelap-gelap dan gelap terang dikedua kompartemen. Dari hasil karakterisasi dan aplikasi konversi reduksi N2 menjadi amonia, didapatkan kesimpulan Blue TiO2 memiliki performa atau kinerja yang lebih baik dari black TiO2 dan White TiO2 sebagai elektroda pada sistem fotoelektrokimia untuk konversi N2 menjadi amonia karena memiliki spesi Ti3+ dan oxygen vacancy lebih banyak. Dengan menghasilkan amonia sebesar 0,06413 μmol/h cm2 dengan waktu anneling 2 jam pada kondisi penerangan gelap-gelap di kedua sisi. Hal ini menunjukkan semakin banyaknya spesi Ti3+ dan oxygen vancancy yang terbentuk, semakin efektif untuk konversi nitrogen menjadi amonia.
Currently, changes or innovations are needed in the manufacture of ammonia that is more environmentally friendly and reduces the use of fossil fuels. One alternative is to utilize the concept of photoelectrochemical reduction using a TiO2 semiconductor material. In this study, a modification of the TiO2 Nanotube Array (TNA) was carried out by anodizing method, followed by electrochemical reduction to obtain TiO2 species with enriched Ti3+ populations (Blue TiO2 and Black TiO2), with different variations of annealing to study their effect on morphology and characteristics. photoelectrochemistry. Furthermore, the performance evaluation of White TiO2, Blue TiO2 and Black TiO2 Nanotube Array (TNA) as electrodes in the photoelectrochemical system for the conversion of N2 to ammonia was carried out. The results showed that modified TiO2 using the self-doping method produced blue TiO2 and black TiO2 Nanotube Array (TNA) which had better morphology and photoelectrochemical activity based on the characterization results obtained in the presence of Ti3+ species and the formed oxygen vacancy. Based on the FTIR characterization, the intensity of Ti-O-Ti decreases because there are more Ti3+ species and empty oxygen. This affects the shift in the band gap from 3.2 eV to <3.2 eV. In addition, annealing time affects the photoelectrochemical activity of White TiO2, Blue TiO2 and Black TiO2 Nanotube Array (TNA). The longer the time, the more Ti3+ species formed, thereby increasing the photoelectrochemical activity. However, if it exceeds the maximum limit, Ti3+ will be re-oxidized and reduce the photoelectrochemical activity. Based on the results of XRD annealing does not significantly affect the crystal phase, the amount of time that affects the crystal size. The highest photocurrent was obtained on Blue TiO2 with a current density of 0.0301 mA/cm- 2 under UV irradiation. The lowest OER onset potential and HER potential onset, the highest NRR was found in Blue TiO2. In the application of the conversion of N2 to ammonia using a PEC system with a Black TiO2 photoanode. Meanwhile, for the dark cathode, White TiO2 annealed time is 4 hours, Blue TiO2 annealed time is 2 hours and Black TiO2 annealed time is 2 hours in dark and light conditions in both compartments. From the results of the characterization and application of the conversion of N2 to ammonia reduction, it was concluded that Blue TiO2 has better performance or performance than Black TiO2 and White TiO2 as electrodes in a photoelectrochemical system for the conversion of N2 to ammonia because it has Ti3+ species and more oxygen vacancies. By producing ammonia of 0.06413 mol/h cm2 with an anneling time of 2 hours under dark lighting conditions on both sides. This shows that the more Ti3+ and oxygen vancancy species formed, the more effective it is to convert nitrogen into ammonia. |
S-Kamilla Manzilina Istmah.pdf :: Unduh