Pengaruh pelapisan MnO2/CDs pada elektroda stainless steel terhadap produksi hidrogen dalam proses Electrolysis Water Splitting

ABSTRAK:

Kebutuhan energi yang terus meningkat mendorong pengembangan sumber energi terbarukan seperti hidrogen melalui proses elektrolisis air. Efisiensi proses ini sangat bergantung pada material elektroda yang digunakan. Penelitian ini bertujuan untuk meningkatkan efisiensi elektrolisis dengan melapisi elektroda stainless steel menggunakan nanokomposit MnO₂/Carbon Dots (CDs). Nanokomposit MnO₂/CDs disintesis menggunakan metode sol-gel dengan empat variasi komposisi, kemudian dilapiskan pada elektroda stainless steel dan dikarakterisasi menggunakan FTIR, XRD, dan UV-Vis. Hasil FTIR menunjukkan munculnya gugus Mn–O serta gugus fungsi C=O, C=C, dan C–O yang menandakan keberadaan CDs pada nanokomposit MnO₂/CDs. Hasil XRD menunjukkan penurunan ukuran kristal seiring peningkatan jumlah CDs, sedangkan hasil UV-Vis memperlihatkan pergeseran serapan ke arah panjang gelombang yang lebih besar dan penurunan energi gap dari 2,83 eV menjadi 2,67 eV. Uji elektrolisis air menunjukkan bahwa elektroda stainless steel berlapis MnO₂/CDs mampu meningkatkan volume gas hidrogen dan kestabilan arus listrik. Variasi terbaik diperoleh pada pelapisan MnO₂/CDs 75 mg yang menghasilkan volume hidrogen tertinggi, dan arus yang paling stabil. Dengan demikian, pelapisan nanokomposit MnO₂/CDs terbukti efektif dalam meningkatkan kinerja elektroda stainless steel.

ABSTRACT:

The increasing energy demand encourages the development of renewable energysources such as hydrogen through water electrolysis. The efficiency of this process is highlydependent on the electrode material used. This study aims to improve the electrolysisefficiency by coating stainless steel electrodes with MnO₂/Carbon Dots (CDs)nanocomposites. MnO₂/CDs nanocomposites were synthesized using the sol-gel methodwith four composition variations, then coated on stainless steel electrodes and characterizedusing FTIR, XRD, and UV-Vis. FTIR results showed the appearance of Mn–O groups aswell as C=O, C=C, and C–O functional groups indicating the presence of CDs in theMnO₂/CDs nanocomposites. XRD results show a decrease in crystal size with increasingnumber of CDs, while UV-Vis results show a shift in absorption towards longerwavelengths and a decrease in the energy gap from 2.83 eV to 2.67 eV. Water electrolysistests show that MnO₂/CDs coated stainless steel electrodes are able to increase the volumeof hydrogen gas and the stability of the electric current. The best variation was obtained at75 mg MnO₂/CDs coating which produced the highest hydrogen volume and the moststable current. Thus, MnO₂/CDs nanocomposite coating is proven to be effective inimproving the performance of stainless steel.

مستخلص البحث:

شجعالطلبالمتزايدعلىالطاقةعلىتطويرمصادرالطاقةالمتجددة،مثلالهيدروجين،منخاللالتحليلالكهربائيللماء.تعتمدكفاءةهذهالعمليةبشكلكبيرعلىمادةالقطبالمستخدمة.تهدفهذهالدراسةإلىتحسينكفاءةالتحليلالكهربائيمنخاللطالءأقطابالفوالذالمقاومللصدأبمركباتنانويةمن MnO₂/ نقاطالكربون (CDs).صُنعتهذهالمركباتالنانويةباستخدامطريقةالسول-جل (sol-gel) معأربعةاختالفاتفيالتركيب،ثمطُليتعلىأقطابالفوالذالمقاومللصدأ،ووُصفتباستخدامتقنيات FTIR وXRD وUV-Vis. أظهرتنتائج FTIR ظهورمجموعات Mn–O، باإلضافةإلىمجموعاتوظيفية C=O وC=C وC–O، ممايدلعلىوجود CDs فيهذهالمركباتالنانوية.تُظهرنتائجحيوداألشعةالسينية (XRD) انخفاضًافيحجمالبلوراتمعزيادةعددجزيئاتCD، بينماتُظهرنتائجاألشعةفوقالبنفسجيةالمرئيةًتحوالفياالمتصاصنحوأطوالموجيةأطول،وانخفاضًافيفجوةالطاقةمن2.83إلكترونفولتإلى2.67إلكترونفولت.تُظهراختباراتالتحليلالكهربائيللماءأنأقطابالفوالذالمقاومللصدأالمطليةبأكسيدالمنغنيز/أكسيدالمنغنيزقادرةعلىزيادةحجمغازالهيدروجينواستقرارالتيارالكهربائي.وقدتمالحصولعلىأفضلتباينعندطالء75ملغمنأكسيدالمنغنيز/أكسيدالمنغنيز،مماأنتجأعلىحجمهيدروجينوأكثرتياراستقرارًا.وبالتالي،فقدثبتتفعاليةطالءالنانوالمركبمنأكسيدالمنغنيز/أكسيدالمنغنيزفيتحسينأداءأقطابالفوالذالمقاومللصدأفيعمليةالتحليلالكهربائيللماء،ولديهالقدرةعلىدعمتطويرطاقةهيدروجينفعالةوصديقةللبيئة .