CMD-QE Laboratory

Computational Materials Design and Quantum Engineering

Haris’ Research

Beberapa topik penelitian yang ditawarkan untuk tugas akhir, tesis, maupun disertasi adalah sebagai berikut:

1. Pemanfaatan Gas Rumah Kaca Metan (CH4) Menjadi Bahan Bakar Cair Metanol (CH3OH) Menggunakan Katalis Berbasis Zeolit / MOF / Metal-Oksida

Dengan menurunnya cadangan minyak mentah sementara teknologi sumber energi terbarukan masalah dalam tahap pengembangan, pemanfaatan metan menjadi sangat penting mengingat ketersediaannya yang sangat melimpah di kandungan gas alam yang selama ini hanya dibakar di lokasi penambangan lepas pantai. Namun, karena menyimpan dan mengangkut gas metan untuk jarak jauh memerlukan tangki yang sangat besar dan kuat, perubahan langsung metan pada suhu rendah ke bentuk cair seperti metanol langsung di lokasi penambangan menjadi topik yang sangat hangat. Metanol memiliki potensi yang sangat besar sebagai sumber energi untuk memproduksi hidrogen dan pembawa energi untuk bahan bakar kendaraan atau direct methanol fuel cell (DMFC), serta untuk bahan baku kimia yang memproduksi olefin, hidrokarbon, bensin, dll.

Pada Peneltian ini, dengan menggunakan simulasi komputer berbasis Density Functional Theory (DFT) kami menyelidiki mekanisme perubahan metan ke metanol menggunakan katalis metal-zeolit (M/Z Cat) untuk memahami faktor-faktor yang dapat meningkatkan performa reaksi dan katalis ini. Beberapa metal potensial, seperti Fe, Co, Ni, Cu, dan Zn, diinvestigasi mulai dari kemampuannya membelah ikatan O-O pada O2 dan ikatan C-H pada CH4, serta kemampuan melepas produk metanol dengan mudah.

Publikasi terkait:

  1. M. H. Mahyuddin, A. Staykov, A. G. Saputro, M. K. Agusta, H. K. Dipojono, K. Yoshizawa, Novel Mechanistic Insights into Methane Activation over Fe and Cu Active Sites in Zeolites: A Comparative DFT Study Using Meta-GGA Functionals, J. Phys. Chem. C, 2020, 124, 33, 18112-18125.
  2. R. K. Singha, Y. Tsuji, M. H. Mahyuddin, K. Yoshizawa, Activation of Methane at the Metal-Support Interface of Ni4-CeO2(111) Catalyst: A Theoretical Study, J. Phys. Chem. C, 2019, 123, 9788-9798.
  3. M. H. Mahyuddin, Y. Shiota, K. Yoshizawa, Methane Selective Oxidation to Methanol by Metal-Exchanged Zeolites: A Review of Active Sites and Their Reactivity, Catal. Sci. Technol. 2019, 9, 1744-1768.
  4. M. H. Mahyuddin, Y. Shiota, A. Staykov, K. Yoshizawa, Theoretical Overview of Methane Hydroxylation by Copper-Oxygen Species in Enzymatic and Zeolitic Catalysts, Acc. Chem. Res. 2018, 51, 2382-2390.
  5. M. H. Mahyuddin, T. Tanaka, Y. Shiota, A. Staykov, K. Yoshizawa, Methane Partial Oxidation over [Cu2(μ-O)]2+ and [Cu3(μ-O)3]2+ Active Species in Large-Pore Zeolites, ACS Catal. 2018, 8, 1500–1509.

2. Desain Material Perovskite Hibrid Organik-Anorganik Dua Dimensi (2D-HOIP) untuk Aplikasi Sel Surya

Bahan perovskit hibrid organik-anorganik dua dimensi (2D-HOIPs) telah membuktikan perannya yang sangat penting dalam aplikasi LED dan Fotovoltaik dengan kinerja luar biasa sebagai peredam cahaya aktif dan transporter pembawa. Bahan-bahan unik ini pantas mendapat perhatian khusus dalam sejarah kebangkitan bahan hibrid 2D yang tidak konvensional. Awalnya, kemajuan penelitian di bidang ini dimotivasi oleh sejumlah besar makalah pada 1980-an dan 1990-an. Sampai saat ini, beberapa kelas 2D-HOIPs telah secara eksponensial muncul ke permukaan dengan keragaman besar yang mengatur struktur mereka- hubungan properti.

Struktur sumur kuantum yang terbentuk secara alami dan inheren pada 2D-HOIP terdiri dari kation amonium yang terhubung dengan ion halida dari lembaran anorganik melalui ikatan hidrogen. Kerangka kerja ini memiliki pergantian unik rantai bilayer dari spacer kation amonium alkil atau aromatik dan lapisan perovskit anorganik yang dipegang oleh berbagi-sudut [BX4]2− oktahedral. Unsur B mewakili logam khas seperti timbal (Pb) atau timah (Sn) dengan keadaan oksidasi formal 2+ dan X– adalah anion halida. Lembaran anorganik berpotensi menjanjikan untuk situs aktif karena mobilitasnya yang tinggi. Ligan spacer organik yang menempati situs-A dari struktur kristal dengan panjang yang dapat disetel mampu menunjukkan hidrofobisitas superior dan kurungan dielektrik yang besar. Pembentukan struktur mirip sumur kuantum memanifestasikan energi pengikatan rangsang (EB) tinggi pada suhu kamar dan laju peluruhan radiasi tinggi. Tekanan, medan listrik, dan suhu berfungsi sebagai stimulus eksternal potensial dalam 2D-HOIP karena lemahnya interaksi ikatan hidrogen antara gugus organik dan anorganik yang dapat disetel melalui gerakan kation yang diaktifkan secara termal.

Publikasi terkait:

  1. Arramel, A. Xie, X. Yin, C. S. Tang, M. H. Mahyuddin, C. Hettiarachchi, M. F. Sahdan, K. Yoshizawa, C. Dang, M. D. Birowosuto, A. T. S. Wee, A. Rusydi, Electronic and Optical Modulation of Metal-Doped Hybrid Organic-Inorganic Perovskites Crystals by Post-Treatment Control, ACS Appl. Energy Mater. 2020, 3, 8, 7500–7511.
  2. Arramel, Fauzi, A. D.; Yin, X.; Tang, C. S.; Mahyuddin, M. H.; Sahdan, M. F.;  Aminah, M.; Onggo, D.; Shukri, G.; Diao, C.; Wang, H.; Birowosuto, M. D.; Wee, A. T. S.;  Rusydi, A., Ligand Size Effects in Two-Dimensional Hybrid Copper Halide Perovskites Crystals, Communications Materials, 2021, 2, 70.