Studi Komputasi Pengaruh Doping Logam Alkali pada ZnO Terhadap Interaksinya dengan Zat Warna Metilen Biru dan Metil Jingga

Seng oksida (ZnO) adalah salah satu semikonduktor yang digunakan secara luas pada bebagai penelitian. Pemilihan ZnO dalam banyak penelitian adalah aplikasi yang luas. ZnO bisa digunakan untuk perangkat elektronik dan optoelektronik, seperti sel surya, pemancar cahaya, dan perangkat deteksi, serta harganya pun terjangkau. ZnO juga digunakan dalam degradasi fotokatalitik polutan organik menggunakan sinar UV atau iradiasi cahaya tampak. ZnO adalah material semikonduktor tipe-n dan memiliki energi celah pita sebesar 3,2 eV - 3,3 eV. Besar celah pita tersebut ternyata menurunkan aktivitas fotokatalisis ZnO karena proses rekombinasi yang cepat. Oleh sebab itu, ZnO perlu didoping menggunakan logam, salah satunya adalah logam alkali yang bertindak sebagai kation. Pendopingan oleh logam alkali berpotensi menurunkan energi celah pita. Secara eksperimen tidak dapat menjelaskan pada tingkat molekular mengenai fenomena perubahan permukaan akibat adanya pendopingan. Selain itu, eksperimen juga tidak bisa menggambarkan interaksi antara permukaan adsorben terdoping logam alkali terhadap zat warna. Energi dan sifat elektronik logam alkali (LA) yang didopingkan pada ZnO dipelajari dengan Density Functional Teory (DFT), basis set LANL2DZ serta fungsi pertukaran B3LYP. Rb merupakan dopan terbaik dari dopan logam alkali yang lain karena mampu menurunkan energi celah pita hingga 24,5% yaitu sebesar 3,040 eV. ZnO terdoping Rb digunakan untuk model interaksi terhadap zat pewarna yang bertujuan menilai kefektifan adsorben dalam proses adsorbsi. Senyawa pewarna metil jingga dan metilen biru digunakan sebagai model zat warna yang berinteraksi dengan Rb- (ZnO)12. Hasil yang diperoleh yaitu Rb-(ZnO)12 lebih menyukai interaksi dengan metil jingga daripada interaksi dengan metilen biru. Interaksi antara adsorben dan metil jingga juga lebih disukasi ketika metil jingga bermuatan 0 atau bersifat asam (pH < 3,8). Orientasi interaksi tersebut terjadi ketika metil jingga tidak langsung terikat pada atom Rb. Besar energi adsorpsi paling disukai yang diperoleh yaitu - 68,02 kkal/mol dan transfer muatan ±0,009 Performa Rb-(ZnO)12 dalam proses fotokatalisis dapat ditingkatkan dengan cara mendesain material agar atom Rb tidak berada di permukaan material yang berinteraksi langsung dengan pewarna. ================================================================================================ Zinc oxide (ZnO) is one of the most widely used semiconductors in various studies. The selection of ZnO in many studies is of wide application. ZnO can be used for electronic and optoelectronic devices, such as solar cells, light emitters, detection devices, and the price is affordable. ZnO is also used in the photocatalytic degradation of organic pollutants using UV light or visible light irradiation. ZnO is an n-type semiconductor material and has a band gap energy of 3.2 eV - 3.3 eV. The large band gap was found to decrease the photocatalytic activity of ZnO due to the fast recombination process. Therefore, ZnO needs to be doped using metals, one of which is an alkali metal that acts as a cation. Doping by alkali metals may decrease the band gap energy. Experimentally, it cannot explain at the molecular level the phenomenon of surface changes due to doping. In addition, the experiment also could not describe the interaction between the surface of the alkali metal doped adsorbent and the dye. The energy and electronic properties of the alkali metals (LA) doped on ZnO were studied by Density Functional Theory (DFT), the LANL2DZ base set and the B3LYP exchange function. Rb is the best dopants of other alkali metals because it can reduce the band gap energy up to 24.5%, which is 3,040 eV. Rb-doped ZnO was used for the model of interaction with dyes aimed at assessing the effectiveness of the adsorbent in the adsorption process. The dye compounds methyl orange and methylene blue were used as a model for the dye that interacts with Rb-(ZnO)12. The result obtained is that Rb-(ZnO)12 is favored by interaction with methyl orange than by interaction with methylene blue. The interaction between the adsorbent and methyl orange is also preferred when the methyl orange is 0 charged or acidic (pH < 3.8). The orientation of the interaction occurs when the methyl orange does not directly point at the Rb atom. The most preferred adsorption energy obtained is -68.02 kcal/mol and charge transfer is ±0.009. The performance of Rb-(ZnO)12 in the photocatalysis process can be improved by designing the material so that the Rb atoms are not on the surface of the material that interacts directly with the dye