Studi DFT Adsorpsi Etilena pada Biochar Hasil Pirolisis dengan Modifikasi Gugus Fungsi dan Doping Metal

Abstract

Etilena mempercepat pematangan dan pembusukan produk hortikultura, sehingga diperlukan adsorben efektif untuk mengendalikan konsentrasinya dan memperpanjang umur simpan. Penelitian ini mengevaluasi kemampuan adsorpsi etilena pada pyrochar yang dimodifikasi dengan gugus karbonil, karboksil, amina, serta doping logam Mn dan Cu menggunakan pendekatan Density Functional Theory (DFT). Hasil menunjukkan bahwa modifikasi gugus fungsi hanya meningkatkan adsorpsi secara terbatas dengan energi adsorpsi antara -0,159 hingga -0,271 eV, sedangkan doping logam memberikan peningkatan yang signifikan, yaitu -1,726 eV pada Mn dan -1,313 eV pada Cu. Analisis RDG dan QTAIM menunjukkan bahwa adsorpsi pada pyrochar murni dan termodifikasi gugus fungsi didominasi interaksi non-kovalen, sementara doping logam menghasilkan kontribusi kovalen parsial yang lebih kuat.

Ethylene accelerates the ripening and spoilage of horticultural products, making effective adsorbents essential for controlling its concentration and extending shelf life. This study evaluates the adsorption performance of ethylene on pyrochar modified with carbonyl, carboxyl, and amine functional groups, as well as Mn and Cu metal dopants, using the Density Functional Theory (DFT) approach. The results show that functional group modification provides only a limited improvement in adsorption, with adsorption energies ranging from -0.159 to -0.271 eV, whereas metal doping leads to a significant enhancement, reaching -1.726 eV for Mn and -1.313 eV for Cu. Reduced Density Gradient (RDG) and Quantum Theory of Atoms in Molecules (QTAIM) analyses reveal that adsorption on pristine and functionalized pyrochar is dominated by non-covalent interactions, while metal doping introduces stronger partially covalent interactions.