Studi DFT Adsorpsi Gas CO₂ pada Graphene dengan Cacat Nitrogen: Substitusional dan Adatom

Abstrak

Graphene termodifikasi nitrogen merupakan material potensial untuk aplikasi penyerapan dan sensor gas karena sifat elektronik dan permukaannya yang dapat direkayasa. Pada penelitian ini, pengaruh penempatan atom nitrogen terhadap karakteristik adsorpsi gas CO₂ pada permukaan graphene dikaji menggunakan metode Density Functional Theory (DFT). Dua skema modifikasi nitrogen dianalisis, yaitu nitrogen substitusional dan nitrogen sebagai adatom. Hasil perhitungan relaksasi struktur menunjukkan bahwa skema nitrogen substitusional menghasilkan interaksi CO₂ yang relatif lemah, ditandai dengan jarak adsorpsi yang besar dan perubahan geometri molekul CO₂ yang sangat kecil. Meskipun demikian, energi adsorpsi meningkat dibandingkan graphene murni akibat modifikasi distribusi muatan dan hibridisasi orbital pada kisi graphene. Sebaliknya, pada skema nitrogen sebagai adatom, molekul CO₂ teradsorpsi lebih dekat ke permukaan graphene dengan perubahan sudut molekul yang signifikan, menunjukkan interaksi yang lebih kuat. Skema ini juga menghasilkan energi adsorpsi yang lebih rendah dibandingkan graphene murni dan skema nitrogen substitusional. Hasil ini menunjukkan bahwa konfigurasi nitrogen sebagai adatom lebih efektif dalam meningkatkan stabilitas adsorpsi CO₂, sehingga berpotensi untuk aplikasi penyerapan dan sensor gas berbasis graphene.